JP2002299725A - Magnetoresistive device - Google Patents

Magnetoresistive device

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JP2002299725A
JP2002299725A JP2001098655A JP2001098655A JP2002299725A JP 2002299725 A JP2002299725 A JP 2002299725A JP 2001098655 A JP2001098655 A JP 2001098655A JP 2001098655 A JP2001098655 A JP 2001098655A JP 2002299725 A JP2002299725 A JP 2002299725A
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JP
Japan
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magnetic
layer
tunnel
magnetic layer
layers
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Pending
Application number
JP2001098655A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Hiramoto
雅祥 平本
Nozomi Matsukawa
望 松川
Yasunari Sugita
康成 杉田
Mitsuo Satomi
三男 里見
Yoshio Kawashima
良男 川島
Akihiro Odakawa
明弘 小田川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of the conventional element, that hot electrons which go over a tunnel layer are necessary to ballistically transmit at least four layers or more of non-magnetic or magnetic layer comprising a base part, so that the gain of an emitter current to a collector current becomes degraded to a very poor level. SOLUTION: A least one conductive layer, two tunnel layers and at least two magnetic layers are laminated and at least one of the tunnel layers is pinched with the two magnetic layers and its resistance is changed due to the magnetized relative angle of the magnetic layers being changed. In such a tunnel magnetoresistive layer, at least one of the tunnel lavers one which will not be changed, regardless of the changes in magnetized relative angle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、情報通信端末など
に使用される光磁気ディスク、ハ−ドディスク、デジタ
ルデ−タストリ−マ(DDS)、デジタルVTR等の磁気
記録装置の再生ヘッド、回転速度検出用の角速度磁気セ
ンサ−、応力変化、加速度変化などを検知する応力また
は加速度センサ−あるいは熱や化学反応による磁気抵抗
効果の変化を利用した熱センサ−や化学反応センサ−
や、磁気ランダム・アクセス・メモリを代表する磁気メ
モリ、磁気スイッチ、磁気論理回路等に広く使用される
磁気抵抗デバイスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reproducing head for a magnetic recording apparatus such as a magneto-optical disk, a hard disk, a digital data streamer (DDS) and a digital VTR used for an information communication terminal and the like. Angular velocity magnetic sensor for detecting speed, stress or acceleration sensor for detecting stress change, acceleration change, etc., or thermal sensor or chemical reaction sensor using change in magnetoresistance effect due to heat or chemical reaction
Also, the present invention relates to a magnetoresistive device widely used in magnetic memories typified by magnetic random access memories, magnetic switches, magnetic logic circuits, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】強磁性体/中間層/強磁性体を基本構成
とする多層膜に中間層を横切るように電流を流した場
合、GMR効果や、TMR効果による巨大磁気抵抗効果
が生じることが知られている。これらの素子を磁気ヘッ
ドやメモリなどへ応用する場合、中間層を挟んだ二つの
磁性体の磁化相対角の変化による抵抗変化を、定電流に
対する素子電圧の変化として検出する。従って高い出力
変化を得るためには、高MRであると同時に、素子電流
を大きくすることが必要となる。しかしながら、GMR
素子では素子抵抗が低く、素子の電流密度の限界から、
高い出力電圧を得ることが困難である。また、TMR効
果には、素子にかかる電圧が高くなるほど、MR変化が
小さくなるというバイアス依存性の課題がある。これら
に対し、従来、GMR素子では、ホットエレクトロンを
もちた3端子構成のデバイスが提案されており(特開平
9−128719)また、TMR素子については、強磁
性二重トンネル接合が提案されている(例えば、日本応
用磁気学会第119回研究会資料 P33)。
2. Description of the Related Art When a current is passed across an intermediate layer in a multilayer film having a ferromagnetic material / intermediate layer / ferromagnetic material as a basic structure, a giant magnetoresistance effect due to a GMR effect or a TMR effect may occur. Are known. When these elements are applied to a magnetic head, a memory, or the like, a change in resistance due to a change in the relative magnetization angle of the two magnetic members sandwiching the intermediate layer is detected as a change in element voltage with respect to a constant current. Therefore, in order to obtain a high output change, it is necessary to increase the element current at the same time as high MR. However, GMR
In the element, the element resistance is low, and due to the current density limit of the element,
It is difficult to obtain a high output voltage. In addition, the TMR effect has a problem of bias dependency that the higher the voltage applied to the element, the smaller the MR change. On the other hand, conventionally, in the GMR element, a device having a three-terminal configuration using hot electrons has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-128719), and a ferromagnetic double tunnel junction has been proposed for the TMR element. (For example, Document 119 of the 119th meeting of the Japan Society of Applied Magnetics).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強磁性
二重トンネル接合の、最も好ましい構成は1つの自由磁
性層と2つのトンネル接合を2つの固定磁性層を有す
る。自由磁性層の厚みは一般的に、数nm程度以下である
が、固定磁性層は、磁化を固定する反強磁性体と合わせ
て、少なくとも10数nm以上を必要するため、層厚み全
体が厚くなる。このため、例えばこの素子をメモリとし
て使用する場合、信号磁場を発生する電流線から信号磁
場を記録する自由磁性層までの距離が遠くなり、自由磁
性層の磁化反転に要する消費電流が増大する。また、こ
の素子をシ−ルド型ヘッドに用いるには、狭ギャップ化
が困難であるという課題がある。一方、GMR素子を用
いた3端子素子の最も好ましい構成では、トンネル層/
非磁性層1/磁性層1/非磁性層2/磁性層2/半導体
の構成をもつ。この素子では、トンネル層を超えたホッ
トエレクトロンが少なくともベ−ス部を構成する4層以
上の非磁性あるいは磁性層をバリステックに透過する必
要があるために、コレクタ−電流に対するエミッタ−電
流の利得が極端に悪くなるという課題がある。
However, the most preferred configuration of the ferromagnetic double tunnel junction has one free magnetic layer, two tunnel junctions and two fixed magnetic layers. The thickness of the free magnetic layer is generally about several nm or less, but the fixed magnetic layer requires at least 10 nm or more together with the antiferromagnetic material that fixes the magnetization. Become. Therefore, for example, when this element is used as a memory, the distance from the current line for generating the signal magnetic field to the free magnetic layer for recording the signal magnetic field increases, and the current consumption required for the magnetization reversal of the free magnetic layer increases. In addition, when this element is used for a shield type head, there is a problem that it is difficult to narrow the gap. On the other hand, in the most preferable configuration of the three-terminal element using the GMR element, the tunnel layer /
It has a configuration of non-magnetic layer 1 / magnetic layer 1 / non-magnetic layer 2 / magnetic layer 2 / semiconductor. In this device, since the hot electrons exceeding the tunnel layer need to pass through at least four or more nonmagnetic or magnetic layers constituting the base portion in a ballistic manner, the gain of the emitter current relative to the collector current is increased. Is extremely poor.

【0004】本発明は、かかる従来の課題に対して対処
し、比較的層厚が薄く、且つ高出力、あるいは高電流利
得が得られる磁気デバイスを提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a magnetic device having a relatively small layer thickness and a high output or a high current gain, which addresses the conventional problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、少なくとも1つの導電層と、2つのトン
ネル層と少なくとも2つの磁性層が積層され、トンネル
層の内、少なくとも1つが、2つの磁性層に挟まれ、且
つ2つの磁性層の磁化相対角の変化により、抵抗が変化
するトンネル磁気抵抗層であり、且つトンネル層の内、
少なくとも1つが磁化相対角の変化によらないトンネル
層であることを特徴とする磁気デバイスである。本発明
の構成とすることでバイアス依存性が改善されるあるい
は高出力を得ることができる。
According to the present invention, at least one conductive layer, two tunnel layers and at least two magnetic layers are stacked, and at least one of the tunnel layers is formed. A tunnel magnetoresistive layer sandwiched between two magnetic layers and having a resistance changed by a change in the relative angle of magnetization of the two magnetic layers;
At least one of the magnetic devices is a tunnel layer that does not depend on a change in the relative magnetization angle. With the configuration of the present invention, bias dependency can be improved or high output can be obtained.

【0006】また前記発明において、本発明は、少なく
とも導電層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層
2、磁性層2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互
いに異なる保持力を持ち、磁性層1および磁性層2の間
の磁化相対角の変化を、少なくとも導電層1と磁性層2
の間の抵抗変化として検知する磁気デバイスである。本
発明の構成とすることでバイアス依存性が改善されるあ
るいは高出力を得ることができる。
Further, in the above invention, the present invention comprises at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 in this order, and the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. The change in the relative angle of magnetization between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 is at least
This is a magnetic device that detects a change in resistance between the two. With the configuration of the present invention, bias dependency can be improved or high output can be obtained.

【0007】また前記発明において、導電層1が非磁性
導電体であるとき、素子構成が最も簡易となる。
In the above invention, when the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor, the element configuration is the simplest.

【0008】また前記発明で、導電層1が磁性導電体
で、且つ磁性層1とほぼ同じ保持力を持つとき、高出力
化、あるいはバイアス依存性の改善が行われる。
In the above invention, when the conductive layer 1 is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer 1, the output is increased or the bias dependency is improved.

【0009】また前記発明において、磁性層1が磁化回
転の容易な自由磁性層で、磁性層2が磁性層1よりも磁
化回転が困難な固定磁性層であり、固定磁性層が、高保
持力磁性体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁
気的に結合することで、高い出力が得られる。
In the above invention, the magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic layer 1, and the fixed magnetic layer has a high coercive force. High output can be obtained by magnetically coupling with a magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, or an antiferromagnetic material.

【0010】また前記発明において、トンネル層1の抵
抗をR1、トンネル層2の抵抗をR2とすると、0.5
×R2≦R1≦100×R2の範囲であるとき、出力が
向上する。R1が0.5×R2より小さいとトンネル層
2にかかるバイアスが大きくなるために、バイアス依存
の改善効果が小さくなる。またR1が100×R2より
大きくなると、デバイス全体での磁気抵抗変化による出
力が低下する。
In the above invention, if the resistance of the tunnel layer 1 is R1 and the resistance of the tunnel layer 2 is R2, 0.5
When xR2 ≦ R1 ≦ 100 × R2, the output is improved. When R1 is smaller than 0.5 × R2, the bias applied to the tunnel layer 2 increases, and the effect of improving the bias dependency decreases. If R1 is larger than 100 × R2, the output due to the change in magnetoresistance in the entire device decreases.

【0011】また前記発明においてトンネル層1とトン
ネル層2が同一材料で形成され、トンネル層1の膜厚を
D1、トンネル層2の膜厚をD2とすると、0.9×R
2≦R1≦1.5×R2の範囲であるとき、出力が向上
する。D1が0.9×R2より小さいとトンネル層2に
かかるバイアスが大きくなるために、バイアス依存の改
善効果が小さくなる。またR1が1.5×R2より大き
くなると、デバイス全体での磁気抵抗変化による出力が
低下する。
In the above invention, if the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 are formed of the same material, and the thickness of the tunnel layer 1 is D1 and the thickness of the tunnel layer 2 is D2, 0.9 × R
When the range is 2 ≦ R1 ≦ 1.5 × R2, the output is improved. If D1 is smaller than 0.9 × R2, the bias applied to the tunnel layer 2 increases, and the effect of improving the bias dependency decreases. When R1 is larger than 1.5 × R2, the output due to the change in magnetoresistance in the entire device decreases.

【0012】また前記発明において、トンネル層1とト
ンネル層2の最短間隔をLとすると、1≦L≦100(n
m)の範囲であるとき高出力化、あるいはバイアス依存
性の改善効果が大きい。Lが1nmより小さいとトンネル
層に挟まれる磁性層1が十分な連続膜と成りがたい。ま
た、Lが100nmより大きいとトンネル層間を流れる電子
の距離が長くなり、スピン散乱などが起こりやすくなる
ためにバイアス依存性等が十分改善されない。
In the above invention, when the shortest distance between the tunnel layers 1 and 2 is L, 1 ≦ L ≦ 100 (n
When it is in the range of m), the effect of increasing the output or improving the bias dependency is large. If L is smaller than 1 nm, it is difficult for the magnetic layer 1 sandwiched between the tunnel layers to be a sufficiently continuous film. On the other hand, if L is larger than 100 nm, the distance of the electrons flowing between the tunnel layers becomes long, and spin scattering and the like are likely to occur, so that the bias dependency and the like are not sufficiently improved.

【0013】また前記発明において、少なくとも、磁性
層1、トンネル層1、磁性層2、トンネル層2、磁性層
3、トンネル層3、磁性層4の順、に構成され、磁性層
1および磁性層4が自由磁性層(固定磁性層)であると
き、磁性層2および磁性層3が固定磁性層(自由磁性
層)であり、磁性層1と磁性層2の間、および磁性層3
と磁性層4の間での磁化相対角の変化を、少なくとも磁
性層1と磁性層4の間での抵抗変化として検知する磁気
デバイスではさらにバイアス依存性が改善される。
In the above invention, at least the magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 2, the tunnel layer 2, the magnetic layer 3, the tunnel layer 3, and the magnetic layer 4 are arranged in this order. When the magnetic layer 4 is a free magnetic layer (pinned magnetic layer), the magnetic layers 2 and 3 are fixed magnetic layers (free magnetic layer).
In a magnetic device which detects a change in the relative magnetization angle between the magnetic layer 4 and the magnetic layer 4 at least as a resistance change between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 4, the bias dependency is further improved.

【0014】また前記発明において、本発明は、少なく
とも導電層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層
2、磁性層2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互
いに異なる保持力を持ち、導電層1をエミッタ−、磁性
層1をベ−ス、磁性層2をコレクタ−とする磁気デバイ
スである。本発明の構成とすることで、より高い出力を
得ることができる。
In the above invention, the present invention comprises at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 in this order, and the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. The magnetic device has a conductive layer 1 as an emitter, a magnetic layer 1 as a base, and a magnetic layer 2 as a collector. With the configuration of the present invention, higher output can be obtained.

【0015】また前記発明において、本発明は、少なく
とも導電層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層
2、磁性層2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互
いに異なる保持力を持ち、導電層1をコレクタ−、磁性
層1をベ−ス、磁性層2をエミッタ−とする磁気デバイ
スである。本発明の構成とすることで、より高い出力を
得ることができる。
In the above invention, the present invention comprises at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2, in which order, the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. The magnetic device has a conductive layer 1 as a collector, a magnetic layer 1 as a base, and a magnetic layer 2 as an emitter. With the configuration of the present invention, higher output can be obtained.

【0016】また前記発明において、導電層1が非磁性
導電体であるとき、素子構成が最も簡易となり、また磁
性導電体であるとき、より大きな出力変化が得られる。
In the above-mentioned invention, when the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor, the element configuration becomes the simplest. When the conductive layer 1 is a magnetic conductor, a larger output change is obtained.

【0017】また前記発明において、導電層1が磁性導
電体で、且つ磁性層1とほぼ同じ保持力を持つとき、よ
り大きな出力変化が得られる。
In the above invention, when the conductive layer 1 is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer 1, a larger output change can be obtained.

【0018】また前記発明において、磁性層1が磁化回
転が容易な自由磁性層で、磁性層2が磁性体1よりも磁
化回転が困難な固定磁性層であり、固定磁性層が、高保
持力磁性体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁
気的に結合することで高い出力変化が得られる。
In the above invention, the magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic material 1, and the fixed magnetic layer has a high coercive force. A high output change can be obtained by magnetically coupling with a magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, or an antiferromagnetic material.

【0019】また前記発明において、エミッタ側のトン
ネル層の抵抗をRe、コレクタ側のトンネル層の抵抗を
Rcとすると Rc≦Re≦108×Rc の範囲であるとき、高い電流利得が得られる。
In the above invention, if the resistance of the tunnel layer on the emitter side is represented by Re and the resistance of the tunnel layer on the collector side is represented by Rc, a high current gain can be obtained when Rc ≦ Re ≦ 10 8 × Rc.

【0020】ReがRcより小さいと、トンネル層2に
かかるバイアスが大きくなるために、電流利得が低下す
る。またReが108×Rcより大きくなると、素子に流
れる電流自身が小さくなり検出が困難となる。
If Re is smaller than Rc, the bias applied to the tunnel layer 2 increases, and the current gain decreases. On the other hand, if Re is greater than 10 8 × Rc, the current flowing through the element itself becomes small, making detection difficult.

【0021】また前記発明において、トンネル層1とト
ンネル層2の最短間隔をLとすると 1≦L≦100(nm) の範囲であるとき、高出力または高電流利得が得られ
る。Lが1nmより小さいとトンネル層に挟まれる磁性層
1が十分な連続膜と成りがたい。また、Lが100nmより
大きいとトンネル層間を流れる電子の距離が長くなり、
出力または電流利得が低下する。
In the above invention, when the shortest distance between the tunnel layers 1 and 2 is L, a high output or a high current gain can be obtained when 1 ≦ L ≦ 100 (nm). If L is smaller than 1 nm, it is difficult for the magnetic layer 1 sandwiched between the tunnel layers to be a sufficiently continuous film. On the other hand, if L is larger than 100 nm, the distance of electrons flowing between the tunnel layers becomes longer,
Output or current gain decreases.

【0022】また本発明は、少なくとも磁性層1、トン
ネル層1、磁性層2、半導体1の順に構成され、磁性層
1と磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、磁性層1を
エミッタ−、磁性層2をベ−ス、半導体をコレクタ−と
する磁気デバイスである。本発明の構成とすることで、
高い出力を得ることができる。
Also, the present invention comprises at least a magnetic layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 2, and a semiconductor 1. In this case, the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces. This is a magnetic device having a magnetic layer 2 as a base and a semiconductor as a collector. With the configuration of the present invention,
High output can be obtained.

【0023】また前記発明において、少なくとも磁性層
2と半導体の間に導電層1が介在されることで、磁性層
2との界面に良好なショットキ−界面が形成できる。
In the above-mentioned invention, a good Schottky interface can be formed at the interface with the magnetic layer 2 by interposing the conductive layer 1 at least between the magnetic layer 2 and the semiconductor.

【0024】また前記発明において、磁性層2が磁化回
転が容易な自由磁性層で、磁性層1が磁性体1よりも磁
化回転が困難な固定磁性層であり、固定磁性層が、高保
持力磁性体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁
気的に結合することで、高出力を得ることができる。
In the above invention, the magnetic layer 2 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic material 1, and the fixed magnetic layer has a high coercive force. High output can be obtained by magnetically coupling with a magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, or an antiferromagnetic material.

【0025】また前記発明において、トンネル層がAlの
酸化物、窒化物または酸窒化物であることで、安定なト
ンネル層を得ることができる。
In the above invention, since the tunnel layer is an oxide, nitride or oxynitride of Al, a stable tunnel layer can be obtained.

【0026】また前記発明において少なくとも1つのト
ンネル層にかかるバイアスが300mV以上3V以下であるこ
とで、高出力または高電流利得を得ることができる。
In the above invention, a high output or a high current gain can be obtained by setting the bias applied to at least one tunnel layer to 300 mV or more and 3 V or less.

【0027】前記発明の磁気抵抗デバイスを使用するこ
とで、読み出し時に高出力を得る磁気メモリが作製でき
る。
By using the magnetoresistive device of the invention, it is possible to manufacture a magnetic memory that can obtain a high output at the time of reading.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明の磁気デバイスについて図
を用いて説明を行う。まず、図1は、導電層1として、
非磁性層を用い、トンネル層1、磁性層1、トンネル層
2、磁性層2の順に構成された磁気デバイスの構造例で
ある。磁性層1と磁性層2は、互いに異なる保持力を持
ち、磁性層1および磁性層2の間ので磁化相対角の変化
を、少なくとも導電層1と磁性層2の間の抵抗変化とし
て検知する。このような構成とすることで、単純な、磁
性層/トンネル層/磁性層の構成を持つTMR素子と比
較し、MR変化のバイアス依存性が向上する。導電層1
と磁性層2の間に電流を流したときに発生するバイアス
は、主として、トンネル層1とトンネル層2の抵抗比に
応じて分担される。しかしながら、分担されたバイアス
から類推される、本構成の磁性層1/トンネル層2/磁
性層2のバイアス依存性は、単純なTMR素子よりも改
善される。この結果、外部磁気エネルギ−変化に対する
素子全体の出力も、単純なTMR素子以上に大きい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A magnetic device according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG.
This is a structural example of a magnetic device using a non-magnetic layer and configured in the order of a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2. The magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces, and detect a change in relative magnetization angle between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 as at least a resistance change between the conductive layer 1 and the magnetic layer 2. With such a configuration, the bias dependency of the MR change is improved as compared with a TMR element having a simple configuration of a magnetic layer / tunnel layer / magnetic layer. Conductive layer 1
The bias generated when a current flows between the tunnel layer 1 and the magnetic layer 2 is mainly shared according to the resistance ratio between the tunnel layers 1 and 2. However, the bias dependence of the magnetic layer 1 / tunnel layer 2 / magnetic layer 2 of the present configuration, which is inferred from the shared bias, is improved as compared with a simple TMR element. As a result, the output of the entire device with respect to the change in external magnetic energy is larger than that of a simple TMR device.

【0029】この現象については、明らかではないが、
少なくとも2つのトンネル層が介在することで、それぞ
れの磁性層を伝導する電子のエネルギ−分布が変化し、
磁性層のバンド構造の影響が変化した、あるいはコトン
ネリング等が関与したものと思われる。
Although this phenomenon is not clear,
With at least two tunnel layers interposed, the energy distribution of the electrons that are conducted through each magnetic layer changes,
It is considered that the influence of the band structure of the magnetic layer changed, or that cotunneling or the like was involved.

【0030】また上記構成において、トンネル層1と磁
性層1の界面に非磁性導電層が介在しても良い。この非
磁性導電層は、磁性層1とトンネル層1の界面応力を緩
和するなどの働きがある。
In the above configuration, a nonmagnetic conductive layer may be interposed at the interface between the tunnel layer 1 and the magnetic layer 1. This non-magnetic conductive layer has a function of, for example, relaxing interface stress between the magnetic layer 1 and the tunnel layer 1.

【0031】ここで、磁性層1または磁性層2に用いら
れる材料としては、Fe, Co, Ni, FeCo合金, NiFe合金、
CoNi合金、NiFeCo合金、あるいは、FeN, FeTiN, FeAlN,
FeSiN, FeTaN, FeCoN, FeCoTiN, FeCo(Al,Si)N, FeCoT
aN 等の窒化物、酸化物、炭化物、硼化物、フッ化物磁
性体に代表されるTMA (Tは、Fe,Co,Niから選ばれた少な
くとも1種, Mは、Mg, Ca,Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr,
Al, Si, Mg,Ge,Gaから選ばれた少なくとも1種、また
Aは、N, B, O, F, Cから選ばれた少なくとも1種)、あ
るいは(Co, Fe)M (Mは Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cu,,
Bから選ばれた少なくとも1種)、あるいはFeCr、FeSi
Al, FeSi,FeAl, FeCoSi, FeCoAl, FeCoSiAl, FeCoTi, F
e(Ni)(Co)Pt, Fe(Ni)(Co)Pd, Fe(Ni)(Co)Rh, Fe(Ni)(C
o)Ir, Fe(Ni)(Co)Ru, FePt等に代表されるTL (TはFe,C
o,Niから選ばれた少なくとも1種、LはCu,Ag, Au, Pd,
Pt, Rh, Ir, Ru, Os, Ru, Si, Ge, Al, Ga, Cr, Mo, W,
V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, E
u, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luから選ばれた少な
くとも1種 )等の強磁性体、またあるいは、Fe3O4ある
いはXMnSb,(Xは、Ni, Cu, Ptから選ばれた少なくとも一
つ), LaSrMnO, LaCaSrMnO, CrO2に代表されるハ−フメ
タル材料、あるいは、,QDA(QはSc, Y, ランタノイド,
Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Ni, Znから選ばれた少
なくとも1種、AはC, N, O, F, Sから選ばれた少なくと
も1種、Dは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ばれた少な
くとも1種)、あるいはGaMnN, AlMnN, GaAlMnN, AlBMnN
等のRDA(Rは、B,Al,Ga,Ga,Inから選ばれた1種、DはD
は、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni から選ばれた1種、AはC,N,
O,P,Sから選ばれた1種)等に代表される磁性半導体、あ
るいは、ペロブスカイト型酸化物、フェライト等のスピ
ネル型酸化物、ガ−ネット型酸化物が好ましい。
Here, materials used for the magnetic layer 1 or the magnetic layer 2 include Fe, Co, Ni, FeCo alloy, NiFe alloy,
CoNi alloy, NiFeCo alloy, or FeN, FeTiN, FeAlN,
FeSiN, FeTaN, FeCoN, FeCoTiN, FeCo (Al, Si) N, FeCoT
TMA represented by nitride, oxide, carbide, boride, fluoride magnetic material such as aN (T is at least one selected from Fe, Co, Ni, M is Mg, Ca, Ti, Zr , Hf, V, Nb, Ta, Cr,
At least one selected from Al, Si, Mg, Ge, Ga, and A is at least one selected from N, B, O, F, C) or (Co, Fe) M (M is Ti , Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cu ,,
B) or FeCr, FeSi
Al, FeSi, FeAl, FeCoSi, FeCoAl, FeCoSiAl, FeCoTi, F
e (Ni) (Co) Pt, Fe (Ni) (Co) Pd, Fe (Ni) (Co) Rh, Fe (Ni) (C
o) TL represented by Ir, Fe (Ni) (Co) Ru, FePt, etc. (T is Fe, C
at least one selected from o and Ni, L is Cu, Ag, Au, Pd,
Pt, Rh, Ir, Ru, Os, Ru, Si, Ge, Al, Ga, Cr, Mo, W,
V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, E
at least one selected from u, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), or Fe 3 O 4 or XMnSb, (X is Ni, Cu, Pt At least one selected from the group consisting of), a half-metal material represented by LaSrMnO, LaCaSrMnO, CrO 2 , or QDA (Q is Sc, Y, a lanthanoid,
At least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Ni, Zn, A is at least one selected from C, N, O, F, S, D is V, Cr , Mn, Fe, Co, Ni) or GaMnN, AlMnN, GaAlMnN, AlBMnN
(R is one kind selected from B, Al, Ga, Ga, In, D is D
Is one selected from V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and A is C, N,
Magnetic semiconductors represented by O, P, and S), spinel oxides such as perovskite oxides and ferrites, and garnet oxides are preferred.

【0032】またトンネル層1またはトンネル層2に用
いられる材料としては、絶縁体、もしくは半導体であれ
ば何れでも良いが、特にMg, Ti, Zr, Hf, V, Nb,Ta,Cr
を含む IIa〜VIa、La , Ceを含む ランタノイド、Zn,
B, Al, Ga, Siを含む IIb〜VIbから選ばれた元素と、
F、O、C、N、Bから選ばれた少なくとも元素との化
合物であることが好ましい。
The material used for the tunnel layer 1 or the tunnel layer 2 may be any material as long as it is an insulator or a semiconductor. Particularly, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr
Including IIa to VIa, lanthanoids including La and Ce, Zn,
Elements selected from IIb to VIb including B, Al, Ga, Si,
The compound is preferably a compound with at least an element selected from F, O, C, N, and B.

【0033】また、導電層1が非磁性導電層である図1
の構成では、素子に電流を導入する電極を導電層1が兼
ねるため、素子構成が簡易となる。導電層1の好ましい
材料としては、Cu、Al、Ag、Au、Pt、TiNを初め、抵抗
率が100μΩcm以下の材料であれば何れでも良い。また
これらの非磁性導電性材料は、トンネル層1と磁性層1
の間に非磁性導電層として挿入されていても良い。
FIG. 1 shows that the conductive layer 1 is a non-magnetic conductive layer.
In the configuration (1), since the conductive layer 1 also functions as an electrode for introducing a current into the element, the element configuration is simplified. Preferred materials for the conductive layer 1 include Cu, Al, Ag, Au, Pt, and TiN, as long as the material has a resistivity of 100 μΩcm or less. These non-magnetic conductive materials include the tunnel layer 1 and the magnetic layer 1.
Between them may be inserted as a nonmagnetic conductive layer.

【0034】図2は、導電層1が磁性導電体で、且つ磁
性層1とほぼ同じ保持力を持つ磁気デバイスである。導
電層1と磁性層1は外部からの磁気エネルギ−に対し、
ほぼ同じように磁化回転をする。このような構成とする
ことで、素子の高出力化あるいはバイアス依存性の改善
が見られる。この現象は、トンネル層1を挟む磁性層間
において、アップスピン、またはダウンスピンがフィル
タリングされるなどにより、見かけ上の分極率が向上す
る等の効果が生じているのではないかと思われるが詳細
は不明である。また上記構成において、トンネル層1と
磁性層1の界面に非磁性導電層が介在しても良い。この
非磁性導電層は、磁性層1とトンネル層1の界面応力を
緩和するなどの働きにより、磁性層1の磁化回転を容易
にする。
FIG. 2 shows a magnetic device in which the conductive layer 1 is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer 1. The conductive layer 1 and the magnetic layer 1 respond to external magnetic energy.
The magnetization is rotated in substantially the same manner. With such a configuration, an increase in output of the element or an improvement in bias dependency can be seen. This phenomenon may be caused by an effect such as an improvement in apparent polarizability due to filtering of up spin or down spin between the magnetic layers sandwiching the tunnel layer 1. Unknown. In the above configuration, a nonmagnetic conductive layer may be interposed at the interface between the tunnel layer 1 and the magnetic layer 1. This nonmagnetic conductive layer facilitates the rotation of the magnetization of the magnetic layer 1 by, for example, relaxing the interface stress between the magnetic layer 1 and the tunnel layer 1.

【0035】図1または図2の磁気デバイスでは、磁性
層1または磁性層2の何れか一方を自由磁性層とし、他
方を固定磁性層とすることで、外部からの磁気エネルギ
−に対する、磁性層1および磁性層2の磁化相対角を明
瞭し、その結果高出力を得ことができる。
In the magnetic device shown in FIG. 1 or 2, one of the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 is a free magnetic layer, and the other is a fixed magnetic layer. 1 and the relative angle of magnetization of the magnetic layer 2 are clarified, and as a result, a high output can be obtained.

【0036】また特に、磁性層1が磁化回転の容易な自
由磁性層で、磁性層2が磁性体1よりも磁化回転が困難
な固定磁性層であり、固定磁性層が、高保持力磁性体、
積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合す
ることで、高い出力が得られる。
In particular, the magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic material 1, and the fixed magnetic layer is a high coercivity magnetic material. ,
High output can be obtained by magnetically coupling with the laminated ferrimagnetic material or antiferromagnetic material.

【0037】固定磁性層である磁性層2は、トンネル層
2と反対側の面に置かれた高保持力磁性体、積層フェリ
磁性体、反強磁性体あるいは積層フェリ磁性体と反強磁
性体の多層膜と磁気的に結合することで磁化回転を困難
とすることが望ましい。
The magnetic layer 2, which is a fixed magnetic layer, is made of a high coercive force magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, an antiferromagnetic material, or a laminated ferrimagnetic material and an antiferromagnetic material placed on the surface opposite to the tunnel layer 2. It is desirable to make magnetization rotation difficult by magnetically coupling with the multilayer film.

【0038】尚、ここで磁性層1を他の材料との磁気的
結合により磁性層1を固定磁性層とし、磁性層2を自由
磁性層とすると、バイアス特性が十分に改善されない場
合がある。これは、上述の高保持力磁性体、積層フェリ
磁性体あるいは反強磁性体の厚みによりトンネル層1と
トンネル層2の間隔が長くなる、あるいはスピン反転が
起こりやすくなるためであると思われる。但し、固定磁
性層が、形状異方性、あるいは固定磁性層自身が高保持
力材料である場合、磁性層1が固定磁性層であってもよ
い。
If the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer and the magnetic layer 2 is a free magnetic layer by magnetic coupling with another material, the bias characteristics may not be sufficiently improved. This is presumably because the thickness of the high coercive force magnetic material, the laminated ferrimagnetic material, or the antiferromagnetic material increases the distance between the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 or facilitates spin inversion. However, when the pinned magnetic layer is shape anisotropic or the pinned magnetic layer itself is a material having a high coercive force, the magnetic layer 1 may be a pinned magnetic layer.

【0039】前記構成の高保持力磁性体としては、CoP
t, FePt, CoCrPt, CoTaPt, FeTaPt,FeCrPtなどの保持力
が100Oe以上である材料が好ましい。
As the high coercive force magnetic material having the above structure, CoP
Materials having a holding force of 100 Oe or more, such as t, FePt, CoCrPt, CoTaPt, FeTaPt, and FeCrPt, are preferable.

【0040】また反強磁性体としては、PtMn、PtPdMn、
FeMn、IrMn、NiMn等が好ましい。
As the antiferromagnetic material, PtMn, PtPdMn,
FeMn, IrMn, NiMn and the like are preferable.

【0041】また積層フェリ磁性体としては、磁性体と
非磁性体の多層構造を持ち、ここで用いられる磁性体と
して、CoまたはCoを含んだFeCo, CoFeNi, CoNi, CoZrT
a, CoZrB CoZrNb合金等を用い、また非磁性体として
は、Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Ir, Re, Osあるいはこれらの
金属の合金、酸化物を用いることが好ましい。
The laminated ferrimagnetic material has a multilayer structure of a magnetic material and a non-magnetic material, and the magnetic material used here is FeCo, CoFeNi, CoNi, CoZrT containing Co or Co.
a, CoZrB It is preferable to use a CoZrNb alloy or the like, and as the nonmagnetic material, it is preferable to use Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Ir, Re, Os, or an alloy or oxide of these metals.

【0042】また、トンネル層1の抵抗をR1、トンネ
ル層2の抵抗をR2とすると、R1とR2の関係は、
0.5×R2≦R1≦100×R2の範囲であるとき、
出力が改善する。R1が0.5×R2より小さいとトン
ネル層2にかかるバイアスが大きくなるために、バイア
ス依存の改善効果が小さくなる。またR1が100×R
2より大きくなると、デバイス全体での磁気抵抗変化に
よる出力が低下する。なお、トンネル抵抗の値は、バイ
アスによって非線形に変化するするために、ここでいう
R1およびR2とは20mV程度の低バイアスでの値とす
る。尚、それぞれの層のR値を変えるには、トンネル層
の厚み、あるいはバリア高さを制御することで達成でき
る。従って、先に述べたトンネル材料の厚み、あるいは
種類を選択することで作製することができる。
If the resistance of the tunnel layer 1 is R1 and the resistance of the tunnel layer 2 is R2, the relationship between R1 and R2 is
When 0.5 × R2 ≦ R1 ≦ 100 × R2,
Output improves. When R1 is smaller than 0.5 × R2, the bias applied to the tunnel layer 2 increases, and the effect of improving the bias dependency decreases. R1 is 100 × R
If it is larger than 2, the output due to a change in magnetoresistance in the entire device will decrease. Since the value of the tunnel resistance changes non-linearly due to the bias, R1 and R2 here are values at a low bias of about 20 mV. The R value of each layer can be changed by controlling the thickness of the tunnel layer or the barrier height. Therefore, it can be manufactured by selecting the thickness or type of the tunnel material described above.

【0043】また前記構成において、特にトンネル層1
とトンネル層2が同一材料で形成され、トンネル層1の
膜厚をD1、トンネル層2の膜厚をD2とすると、0.
9×R2≦R1≦1.5×R2の範囲であるとき、出力
が向上する。D1が0.9×R2より小さいとトンネル
層2にかかるバイアスが大きくなるために、バイアス依
存の改善効果が小さくなる。またR1が1.5×R2よ
り大きくなると、デバイス全体での磁気抵抗変化による
出力が低下する。ここで同一材料とは、Al、Mg、Hf、
Ta、Si、Bをはじめとする酸化物、窒化物、酸窒化物が
とくに好ましい。
In the above structure, the tunnel layer 1
If the thickness of the tunnel layer 1 is D1 and the thickness of the tunnel layer 2 is D2, 0.
When 9 × R2 ≦ R1 ≦ 1.5 × R2, the output is improved. If D1 is smaller than 0.9 × R2, the bias applied to the tunnel layer 2 increases, and the effect of improving the bias dependency decreases. When R1 is larger than 1.5 × R2, the output due to the change in magnetoresistance in the entire device decreases. Here, the same material refers to Al, Mg, Hf,
Oxides, nitrides, and oxynitrides including Ta, Si, and B are particularly preferable.

【0044】また前記構成において、トンネル層1とト
ンネル層2の最短間隔をLとすると、1≦L≦100(n
m)の範囲であるとき高出力化、あるいはバイアス依存
性の改善効果が大きい。Lが1nmより小さいとトンネル
層に挟まれる磁性層1が十分な連続膜と成りがたい。ま
た、Lが1より大きいとトンネル層間を流れる電子の距
離が長くなり、スピン散乱などが起こりやすくなるため
にバイアス依存性等が十分改善されない。
In the above structure, when the shortest distance between the tunnel layers 1 and 2 is L, 1 ≦ L ≦ 100 (n
When it is in the range of m), the effect of increasing the output or improving the bias dependency is large. If L is smaller than 1 nm, it is difficult for the magnetic layer 1 sandwiched between the tunnel layers to be a sufficiently continuous film. On the other hand, if L is larger than 1, the distance of electrons flowing between the tunnel layers becomes long, and spin scattering and the like are likely to occur, so that the bias dependency and the like are not sufficiently improved.

【0045】これまで上記構成においては、2層のトン
ネル層を用いた場合の磁気デバイスについて説明を行っ
たが、上記1または2の構成を組み合わせた、例えば図
4〜図7に示す3層以上のトンネル層を用いた構成にお
いても、上記説明と同様の効果により、高いバイアス依
存性あるいは高出力を実現することができる。
In the above configuration, a magnetic device using two tunnel layers has been described. However, a combination of the configurations 1 or 2 described above, for example, three or more layers shown in FIGS. In the configuration using the tunnel layer, high bias dependency or high output can be realized by the same effect as described above.

【0046】例えば、前記発明において、少なくとも、
磁性層1、トンネル層1、磁性層2、トンネル層2、磁
性層3、トンネル層3、磁性層4の順に構成され、磁性
層1および磁性層4が自由磁性層(固定磁性層)である
とき、磁性層2および磁性層3が固定磁性層(自由磁性
層)であり、磁性層1と磁性層2の間、および磁性層3
と磁性層4の間での磁化相対角の変化を、少なくとも磁
性層1と磁性層4の間での抵抗変化として検知する磁気
デバイスではさらにバイアス依存性が改善される。図7
にこのデバイスの一形態を示す。図7は、図2の構成に
おいて、自由磁性層を共有化し、直列に接続した構成で
基本原理は、図2と同じである。本構成においては、ト
ンネル層が直列に接続されることでトンネル層1または
トンネル層3にかかるバイアスが軽減されること等によ
りバイアス依存性がさらに改善される。ここで、特に、
先述と同様の理由により、にトンネル層2の抵抗R2が
残りのトンネル層の抵抗R1およびR3と、0.5×R
1(R3)≦R2≦100×R1(R3)の関係である
ことが望ましい。尚、本構成において、自由磁性層と固
定磁性層を入れ替えた、少なくとも自由磁性層1、トン
ネル層1、固定磁性層1、トンネル層2、固定磁性層
3、自由磁性層2の構成である場合、トンネル層1およ
び3の抵抗R1およびR3がトンネル層2の抵抗R2
と、0.5×R2≦R1、R3≦100×R2の関係で
あることが望ましい。また、上記の構成でトンネル層2
と磁性層1、あるいはトンネル層2と磁性層2の界面に
非磁性導電層が介在しても良い。この非磁性導電層は、
トンネル層2と磁性層1もしくは磁性層2の界面応力を
緩和する。
For example, in the above invention, at least
The magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 2, the tunnel layer 2, the magnetic layer 3, the tunnel layer 3, and the magnetic layer 4 are arranged in this order, and the magnetic layers 1 and 4 are free magnetic layers (pinned magnetic layers). At this time, the magnetic layer 2 and the magnetic layer 3 are fixed magnetic layers (free magnetic layers), and between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 and between the magnetic layer 3 and the magnetic layer 3.
In a magnetic device which detects a change in the relative magnetization angle between the magnetic layer 4 and the magnetic layer 4 at least as a resistance change between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 4, the bias dependency is further improved. FIG.
Shows an embodiment of this device. FIG. 7 shows a configuration in which the free magnetic layer is shared in the configuration of FIG. 2 and connected in series, and the basic principle is the same as that of FIG. In this configuration, the bias dependency is further improved by connecting the tunnel layers in series to reduce the bias applied to the tunnel layer 1 or the tunnel layer 3 and the like. Where, in particular,
For the same reason as described above, the resistance R2 of the tunnel layer 2 is different from the resistances R1 and R3 of the remaining tunnel layers by 0.5 × R
It is desirable that the relationship of 1 (R3) ≦ R2 ≦ 100 × R1 (R3) is satisfied. In this configuration, the free magnetic layer and the pinned magnetic layer are exchanged, and at least the configuration of the free magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the fixed magnetic layer 1, the tunnel layer 2, the fixed magnetic layer 3, and the free magnetic layer 2 is adopted. , The resistances R1 and R3 of the tunnel layers 1 and 3 are equal to the resistance R2 of the tunnel layer 2
And 0.5 × R2 ≦ R1, R3 ≦ 100 × R2. In the above configuration, the tunnel layer 2
A non-magnetic conductive layer may be interposed at the interface between the magnetic layer 1 and the tunnel layer 2 or the magnetic layer 2. This nonmagnetic conductive layer
The interface stress between the tunnel layer 2 and the magnetic layer 1 or the magnetic layer 2 is reduced.

【0047】図1および図2に代表される上記本発明の
構成は、通常の薄膜プロセスと微細加工プロセスを用い
て、例えば、図3のような形で実現できる。各磁性層、
反強磁性層、層間絶縁層、電極等の形成には、パルスレ
−ザデポジション(PLD)、イオンビ−ムデポジション
(IBD)、クラスタ−イオンビ−ムまたはRF、D
C、ECR、ヘリコン、ICPまたは対向タ−ゲットな
どのスパッタリング法、MBE、イオンプレ−ティング
法等のPVD法や、その他CVD、メッキ法あるいはゾ
ルゲル法で作製することができる。
The configuration of the present invention represented by FIG. 1 and FIG. 2 can be realized, for example, as shown in FIG. 3 by using a normal thin film process and a fine processing process. Each magnetic layer,
Pulse laser deposition (PLD), ion beam deposition (IBD), cluster ion beam or RF, D
It can be produced by a sputtering method such as C, ECR, helicon, ICP or a facing target, a PVD method such as MBE, ion plating method, or the like, a CVD method, a plating method, or a sol-gel method.

【0048】また、特にトンネル層が絶縁体であると
き、例えばMg, Ti, Zr, Hf, V, Nb,Ta,Crを含む IIa〜V
Ia、La , Ceを含む ランタノイド、Zn, B, Al, Ga, Si
を含むIIb〜VIbから選ばれた元素、または合金または化
合物の薄膜前駆体を作製し、これをF,O,C,N,Bいずれか
の元素、分子あるいはイオン、ラジカルなどを含む適当
な雰囲気、温度、時間で反応させることで、ほぼ完全に
フッ化、酸化、炭化、窒化、硼化処理し作製できる。ま
た、薄膜前駆体として、F,O,C,N,Bを化学両論比以下含
む、不定比化合物を作製し、これをF,O,C,N,Bいずれか
の元素、分子あるいはイオン、ラジカルなどを含む適当
な雰囲気、温度、時間、反応性させてもよい。これら
は、例えば、スパッタリング法を用いて、トンネル絶縁
層としてAl2O 3を作製する場合、AlまたはAlOX(X≦1.
5)をAr雰囲気中あるいはAr+O2雰囲気中で成膜を行
い、これらをO2またはO2+不活性ガス中で反応すること
を繰り返すことで実現できる。なおプラズマや、ラジカ
ル作製には、ECR放電、グロ−放電、RF放電、ヘリ
コンあるいはICP等の通常の手段により発生できる。
In particular, when the tunnel layer is an insulator,
Including Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr
Lanthanoids including Ia, La, Ce, Zn, B, Al, Ga, Si
Elements selected from IIb to VIb containing, or alloys or
A thin film precursor of the compound is prepared, and this is any of F, O, C, N,
Suitable for containing elements, molecules or ions, radicals, etc.
Almost completely by reacting in a suitable atmosphere, temperature and time
It can be manufactured by fluoridation, oxidation, carbonization, nitridation, and boration. Ma
In addition, as a thin film precursor, F, O, C, N, and B are contained below the stoichiometric ratio.
First, a nonstoichiometric compound was prepared, and this was selected from F, O, C, N, and B.
Suitable for containing elements, molecules or ions, radicals, etc.
Atmosphere, temperature, time, and reactivity. these
For example, using the sputtering method, tunnel insulation
Al as layerTwoO ThreeWhen producing Al or AlOX(X ≦ 1.
5) in Ar atmosphere or Ar + OTwoFilm formation in atmosphere
O theseTwoOr OTwo+ React in inert gas
Can be realized by repeating. In addition, plasma and radio
ECR discharge, glow discharge, RF discharge, helicopter
It can be generated by ordinary means such as a capacitor or ICP.

【0049】また微細加工としては、半導体プロセス
や、GMRヘッド作製プロセス等で用いられるイオンミ
リング、RIE、FIB等の物理的あるいは化学的エッ
チング法や、微細パタ−ン形成のためにステッパ−、EB
法等を用いたフォトリソグラフィ−技術を組み合わせる
ことで達成できる。また電極等の表面平坦化のために、
CMPや、クラスタ−イオンビ−ムエッチングを用いる
ことも効果的である。
The fine processing includes physical or chemical etching methods such as ion milling, RIE and FIB used in a semiconductor process and a GMR head manufacturing process, and a stepper or EB for forming a fine pattern.
This can be achieved by combining photolithography techniques using a method or the like. Also, for the purpose of flattening the surface of electrodes, etc.,
It is also effective to use CMP or cluster ion beam etching.

【0050】次に、図8および図9に、少なくとも導電
層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層2、磁性層
2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互いに異なる
保持力を持ち、導電層1をエミッタ−、磁性層1をベ−
ス、磁性層2をコレクタ−とする磁気デバイスの構造例
を示す。それぞれ、エミッタ−に対してベ−スに、また
ベ−スに対してコレクタ−に正バイアスの印可が可能で
ある構造を示している。トンネル効果により、エミッタ
からトンネル層1を介してトンネル電子が流入する。流
入した電子の一部は磁性層1のバンド構造に影響を受け
スピンの分極が行われる。この分極した伝導電子の中
で、エネルギ−が高いものはトンネル層2を通過しよう
とする。このとき、磁性層1と磁性層2の磁化相対角の
大きさによりトンネル電流の大きさ(コレクタ電流)が
変化する。またあるいは、エミッタから磁性層1、磁性
層2にかけてのコトンネリング条件を満たしたものが磁
性層2に到達する。この磁気デバイスではさらに、エミ
ッタ電圧を変えること、あるいはエミッタ電圧に加え、
コレクタ−電圧を変化させることで、コレクタ電流を制
御することができる。これらのバイアス電圧を最適化す
ることで、外部からの磁気エネルギ−による磁化相対角
の変化を、より大きな出力として得ることができる。
Next, FIGS. 8 and 9 show at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 in this order, and the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. The conductive layer 1 is an emitter and the magnetic layer 1 is a base.
2 shows a structural example of a magnetic device using the magnetic layer 2 as a collector. Each shows a structure in which a positive bias can be applied to the base with respect to the emitter and to the collector with respect to the base. Tunnel electrons flow from the emitter through the tunnel layer 1 due to the tunnel effect. Some of the electrons that have flowed are affected by the band structure of the magnetic layer 1 and spin polarization is performed. Among the polarized conduction electrons, those having high energy tend to pass through the tunnel layer 2. At this time, the magnitude of the tunnel current (collector current) changes according to the magnitude of the relative magnetization angle between the magnetic layers 1 and 2. Alternatively, the one that satisfies the cotunneling condition from the emitter to the magnetic layers 1 and 2 reaches the magnetic layer 2. In this magnetic device, furthermore, changing the emitter voltage, or in addition to the emitter voltage,
By changing the collector voltage, the collector current can be controlled. By optimizing these bias voltages, a change in the relative magnetization angle due to external magnetic energy can be obtained as a larger output.

【0051】尚、トンネル層1と磁性層1の界面に非磁
性導電層が介在しても良い。この非磁性導電層は、磁性
層1とトンネル層1の界面応力を緩和する、あるいはベ
−ス電位のための電極として機能する。
Incidentally, a nonmagnetic conductive layer may be interposed at the interface between the tunnel layer 1 and the magnetic layer 1. This nonmagnetic conductive layer functions as an electrode for relaxing the interface stress between the magnetic layer 1 and the tunnel layer 1 or for providing a base potential.

【0052】次に、図10および図11に少なくとも導
電層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層2、磁性
層2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互いに異な
る保持力を持ち、導電層1をコレクタ−、磁性層1をベ
−ス、磁性層2をエミッタ−とする磁気デバイスの構造
例を示す。エミッタ−から流れ込む電子は、主として磁
性層2および磁性層1間の分極率と磁化相対角を反映し
たトンネル電子としてベ−ス中に流れ込む。この注入さ
れた電子の内、エネルギ−の高いものは、さらに、トン
ネル層1側へ伝導をしようとするが、磁性層1内での伝
導の途中、そのバンド構造により散乱される。この結果
残った電子の内、トンネル層1を越えるエネルギ−を持
った電子がコレクタ電流となる。またあるいは、エミッ
タからベ−ス、コレクタにかけてのコトンネリング条件
を満たした電子がコレクタ電流となる。この磁気デバイ
スはさらに、エミッタ電圧を変えること、あるいはエミ
ッタ電圧に加え、コレクタ−電圧を変化させることで、
コレクタ電流を制御することができる。これらのバイア
ス電圧を最適化することで、外部からの磁気エネルギ−
による磁化相対角の変化を、より大きな出力として得る
ことができる。
Next, FIGS. 10 and 11 show at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 in this order, and the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. An example of the structure of a magnetic device having a conductive layer 1 as a collector, a magnetic layer 1 as a base, and a magnetic layer 2 as an emitter is shown. The electrons flowing from the emitter mainly flow into the base as tunnel electrons reflecting the polarizability between the magnetic layer 2 and the magnetic layer 1 and the relative magnetization angle. Among the injected electrons, those with high energy try to conduct further to the tunnel layer 1 side, but are scattered by the band structure during conduction in the magnetic layer 1. As a result, of the remaining electrons, electrons having energy exceeding the tunnel layer 1 become the collector current. Alternatively, an electron that satisfies the cotunneling condition from the emitter to the base and the collector becomes the collector current. This magnetic device is further modified by changing the emitter voltage, or by changing the collector-voltage in addition to the emitter voltage.
The collector current can be controlled. By optimizing these bias voltages, external magnetic energy
, The change in the relative magnetization angle can be obtained as a larger output.

【0053】尚、トンネル層1と磁性層1の界面に非磁
性導電層が介在しても良い。この非磁性導電層は、磁性
層1とトンネル層1の界面応力を緩和する、あるいはベ
−ス電位のための電極として働く。
Incidentally, a non-magnetic conductive layer may be interposed at the interface between the tunnel layer 1 and the magnetic layer 1. This nonmagnetic conductive layer alleviates the interface stress between the magnetic layer 1 and the tunnel layer 1 or functions as an electrode for a base potential.

【0054】また前記構成において、図8あるいは図1
0のように導電層1が非磁性導電体であるとき、導電層
1が電極と共通材料で作製できるため素子作製が簡易と
なる。
In the above configuration, FIG.
When the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor, as in the case of 0, the conductive layer 1 can be made of a common material with the electrodes, thereby simplifying element fabrication.

【0055】また前記構成において、図9あるいは図1
1のように導電層1が磁性導電体で、さらに磁性層1と
ほぼ同じ保持力を持つとき、磁化相対角の変化によるコ
レクタ電流の変化が大きくなる。これは、図9の場合、
トンネル層を挟んだ磁性体のアップスピン、またはダウ
ンスピンが2つの磁性層によりフィルタリングされるな
どにより見かけ上の分極率が向上する等の効果が生じて
いるのではないか思われる。また図11の場合、磁性層
1と(磁性)導電層1の間のスピントンネルが起こる必
要があるために、さらに外部からの磁気エネルギ−に対
するコレクタ電流の流れる条件が限定されるためと思わ
れる。
In the above configuration, FIG. 9 or FIG.
When the conductive layer 1 is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer 1 as in 1, the change in the collector current due to the change in the relative magnetization angle becomes large. This is the case in FIG.
It is considered that an effect such as an improvement in apparent polarizability is caused by an up spin or a down spin of the magnetic material sandwiching the tunnel layer being filtered by the two magnetic layers. In addition, in the case of FIG. 11, it is necessary to cause a spin tunnel between the magnetic layer 1 and the (magnetic) conductive layer 1, which further limits the conditions under which a collector current flows with respect to external magnetic energy. .

【0056】また前記構成の磁気デバイスでは、磁性層
1または磁性層2の一方を自由磁性層、他方を固定磁性
層とすることで、外部からの磁気エネルギ−に対する、
磁性層1および磁性層2の磁化相対角を明瞭にし、外部
からの磁気エネルギ−による出力変化を大きくしてい
る。特に、例えば、図8〜図11の磁気デバイスでは、
磁性層1を自由磁性層とし、また磁性層2を固定磁性層
とすることで、外部からの磁気エネルギ−に対する、磁
性層1および磁性層2の磁化相対角を明瞭にし、外部か
らの磁気エネルギ−による出力変化を大きくしている。
In the magnetic device having the above structure, one of the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 is a free magnetic layer, and the other is a fixed magnetic layer.
The relative magnetization angles of the magnetic layers 1 and 2 are clarified, and the output change due to external magnetic energy is increased. In particular, for example, in the magnetic device of FIGS.
By using the magnetic layer 1 as a free magnetic layer and the magnetic layer 2 as a fixed magnetic layer, the relative angle of magnetization of the magnetic layers 1 and 2 with respect to external magnetic energy is clarified, and the external magnetic energy is increased. The output change due to-is increased.

【0057】ここで、固定磁性層である磁性層2は、ト
ンネル層2とは反対側の面に置かれた高保持力磁性体、
積層フェリ磁性体、反強磁性体あるいは積層フェリ磁性
体と反強磁性体の多層膜と磁気的に結合することで磁化
回転を困難としていることが望ましい。上記の構成で、
磁性層1が固定磁性層である場合、出力特性が十分に改
善されない場合がある。これは、上述の高保持力磁性
体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体の厚みにより
トンネル層1とトンネル層2の間隔が長くなる、あるい
はスピン反転が起こりやすくなるためであると思われ
る。但し、固定磁性層が、形状異方性、あるいは固定磁
性層自身が高保持力材料である場合、磁性層1が固定磁
性層であってもよい。
Here, the magnetic layer 2 serving as the pinned magnetic layer has a high coercive force magnetic material placed on the surface opposite to the tunnel layer 2.
It is desirable to make the magnetization rotation difficult by magnetically coupling the multilayer ferrimagnetic material, the antiferromagnetic material, or the multilayer film of the multilayer ferrimagnetic material and the antiferromagnetic material. With the above configuration,
When the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer, output characteristics may not be sufficiently improved. This is presumably because the thickness of the high coercive force magnetic material, the laminated ferrimagnetic material, or the antiferromagnetic material increases the distance between the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 or facilitates spin inversion. However, when the pinned magnetic layer is shape anisotropic or the pinned magnetic layer itself is a material having a high coercive force, the magnetic layer 1 may be a pinned magnetic layer.

【0058】また前記構成において、エミッタ側のトン
ネル層の抵抗をRe、コレクタ側のトンネル層の抵抗を
Rcとすると、Rc≦Re≦108×Rcの範囲であると
き、高い電流利得が得られる。エミッタ側からベ−スへ
トンネル効果で入る電子のエネルギ−は、エミッタのフ
ェルミ準位付近のもののみと考えられる。ベ−スに入っ
た電子は格子との衝突等によりエネルギ−を失うが、そ
の一部はコレクタ−側のトンネル層にまで達する。ここ
で、このトンネル層を越える電子が、コレクタ−側に流
入することになる。従って、エミッタ−側からベ−スに
流入しようとする電子のエネルギ−がコレクタ側のトン
ネル障壁を超える大きさとなると、エミッタ電流に対す
るコレクタ−電流比(電流利得)を大きくすることがで
きる。コレクタ−電流の流れる条件は、エミッタ−ベ−
ス間のフェルミ準位の差、qVEBに対する、ベ−スのフェ
ルミ準位から見たコレクタ−側のトンネル障壁の高さで
決定される。また、同時にエミッタの障壁高さはコレク
タの障壁高さより高いことが望ましい。
In the above structure, when the resistance of the tunnel layer on the emitter side is represented by Re and the resistance of the tunnel layer on the collector side is represented by Rc, a high current gain is obtained when Rc ≦ Re ≦ 10 8 × Rc. . The energy of electrons entering the base from the emitter side by the tunnel effect is considered to be only those near the Fermi level of the emitter. The electrons entering the base lose energy due to collision with the lattice or the like, but part of the electrons reach the collector-side tunnel layer. Here, the electrons exceeding the tunnel layer flow into the collector. Therefore, when the energy of electrons that are going to flow from the emitter side to the base exceeds the tunnel barrier on the collector side, the collector-current ratio (current gain) to the emitter current can be increased. The condition for the collector current to flow is the emitter-base
Is determined by the height of the collector-side tunnel barrier with respect to the base Fermi level with respect to the difference in Fermi level between qV EB and qV EB . At the same time, it is desirable that the barrier height of the emitter is higher than the barrier height of the collector.

【0059】これらのことをデバイスとして測定しやす
い抵抗値として実験的な観点から表現すると、Reが、Rc
よりも大きいときにコレクタ−に達する電子数が増える
ために電流利得が大きくなり、一方、Reが108×Rcよ
り大きいと、ノイズなどが発生しやすい。
If these are expressed from an experimental point of view as resistance values that can be easily measured as a device, Re is represented by Rc
When the value is larger than Re, the current gain increases because the number of electrons reaching the collector increases. On the other hand, when Re is greater than 10 8 × Rc, noise or the like is likely to occur.

【0060】これは、トンネル抵抗は、同じ障壁高さで
ある場合、厚みが薄いほど小さくなり、また同じ厚みで
ある場合、障壁高さが小さいほど小さくなる。また、同
じ材質でできたトンネル層の場合、厚みが薄いほど、障
壁高さも低くなる傾向が見られるなどの関係を持つため
である。また、作製上の観点から見ると、同じエミッタ
電流を流すとき、エミッタ側のトンネル抵抗Reが高けれ
ば、qVEBを大きくとりやすく、また電流量を抑制できる
利点がある。なお、トンネル抵抗値は、一般的にバイア
スによって非線形に変化するするために、RcおよびR
eとは20mV程度以下の比較的低バイアスでの値とする。
This is because the tunnel resistance becomes smaller as the thickness becomes smaller when the barrier height is the same, and becomes smaller as the barrier height becomes smaller when the thickness is the same. In addition, in the case of a tunnel layer made of the same material, the thinner the thickness is, the lower the barrier height tends to be. In addition, from the viewpoint of fabrication, when the same emitter current flows, if the tunnel resistance Re on the emitter side is high, there is an advantage that qV EB can be easily increased and the amount of current can be suppressed. Note that the tunnel resistance generally varies non-linearly with a bias, so that Rc and Rc
e is a value at a relatively low bias of about 20 mV or less.

【0061】また前記構成において、トンネル層1とト
ンネル層2の最短間隔をLとすると、1≦L≦100(n
m)の範囲であるとき、高い電流利得と外部磁気エネル
ギ−に対する高い電流利得または出力変化が得られる。
Lが1nmより小さいとトンネル層に挟まれる磁性層1が
十分な連続膜と成りがたい。また、Lが100nmより大き
いとエミッタからの電子がコレクタに到達しがたい。
In the above structure, if the shortest distance between the tunnel layers 1 and 2 is L, 1 ≦ L ≦ 100 (n
In the range of m), a high current gain and a high current gain or a change in output with respect to external magnetic energy are obtained.
If L is smaller than 1 nm, it is difficult for the magnetic layer 1 sandwiched between the tunnel layers to be a sufficiently continuous film. If L is larger than 100 nm, it is difficult for electrons from the emitter to reach the collector.

【0062】次に、図12および図13に、少なくとも
磁性層1、トンネル層1、磁性層2、半導体1の順に構
成され、磁性層1と磁性層2が互いに異なる保持力を持
ち、磁性層1をエミッタ−、磁性層2をベ−ス、半導体
1をコレクタ−とする磁気デバイスの構造例を示す。エ
ミッタ−から流れ込む電子は、主として磁性層1および
磁性層2間の分極率と磁化相対角を反映したトンネル電
子としてベ−ス中に流れ込む。この注入された電子の
内、比較的エネルギ−の高いものは、半導体1へと伝導
しようとするが、伝導の途中で磁性層2のバンド構造に
より散乱される。このうち半導体1と磁性体2の界面の
ショットキ−バリアを越えるエネルギ−を持った電子が
コレクタ電流となる。この磁気デバイスはさらに、エミ
ッタ電圧を変えること、あるいはエミッタ電圧に加え、
コレクタ−電圧を変化させることで、コレクタ電流を制
御することができる。これらのバイアス電圧を最適化す
ることで、外部からの磁気エネルギ−による磁化相対角
の変化を、より大きな出力として得ることができる。
Next, FIGS. 12 and 13 show that at least the magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 2, and the semiconductor 1 are arranged in this order, and the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces. 1 shows an example of the structure of a magnetic device having an emitter 1, a magnetic layer 2 as a base, and a semiconductor 1 as a collector. The electrons flowing from the emitter mainly flow into the base as tunnel electrons reflecting the polarizability and the relative magnetization angle between the magnetic layers 1 and 2. Among the injected electrons, those having relatively high energy try to conduct to the semiconductor 1, but are scattered by the band structure of the magnetic layer 2 during the conduction. Among them, the electrons having energy exceeding the Schottky barrier at the interface between the semiconductor 1 and the magnetic body 2 become the collector current. This magnetic device can further change the emitter voltage, or in addition to the emitter voltage,
By changing the collector voltage, the collector current can be controlled. By optimizing these bias voltages, a change in the relative magnetization angle due to external magnetic energy can be obtained as a larger output.

【0063】また前記図12および図13の構成におい
て、少なくとも磁性層2と半導体1の間に導電層1が介
在されることで、磁性層2との界面に良好なショットキ
−界面が形成できる。この好ましい導電層1は例えば、
導電性金属がよく、また半導体1がSi系半導体である場
合、NiSi2や、CoSi2等のシリサイドなどがよい。
In the structure shown in FIGS. 12 and 13, since the conductive layer 1 is interposed at least between the magnetic layer 2 and the semiconductor 1, a good Schottky interface can be formed at the interface with the magnetic layer 2. This preferred conductive layer 1 is, for example,
When the conductive metal is good and the semiconductor 1 is a Si-based semiconductor, a silicide such as NiSi 2 or CoSi 2 is good.

【0064】また前記構成の磁気デバイスでは、磁性層
1または2の一方が、磁化回転が容易な自由磁性層で、
他方が磁化回転が困難な固定磁性層であり、固定磁性層
が、高保持力磁性体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁
性体と磁気的に結合することで、外部からの磁気エネル
ギ−に対する、磁性層1および磁性層2の磁化相対角を
明瞭にし出力変化を大きくできる。
In the magnetic device having the above-described structure, one of the magnetic layers 1 and 2 is a free magnetic layer in which magnetization rotation is easy, and
The other is a fixed magnetic layer in which magnetization rotation is difficult, and the fixed magnetic layer is magnetically coupled to a high coercive force magnetic material, a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material, so that magnetic energy from the outside is reduced. The relative magnetization angles of the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 can be made clear, and the output change can be increased.

【0065】前記構成の特に、例えば、図12、13の
磁気デバイスでは、磁性層2が磁化回転が容易な自由磁
性層で、磁性層1が磁性層2よりも磁化回転が困難な固
定磁性層であり、固定磁性層が、高保持力磁性体、積層
フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合するこ
とで、外部からの磁気エネルギ−に対する、磁性層1お
よび磁性層2の磁化相対角を明瞭にし出力変化を大きく
できる。ここで、固定磁性層である磁性層1は、トンネ
ル層1とは反対側の面に置かれた高保持力磁性体、積層
フェリ磁性体、反強磁性体あるいは積層フェリ磁性体と
反強磁性体の多層膜と磁気的に結合することで磁化回転
を困難としていることが望ましい。上記の構成で、磁性
層2が固定磁性層である場合、出力特性が十分に改善さ
れない場合がある。これは、上述の高保持力磁性体、積
層フェリ磁性体あるいは反強磁性体の厚みによりトンネ
ル層1と半導体1の間隔が長くなる、あるいはスピン反
転が起こりやすくなるためであると思われる。但し、固
定磁性層が、形状異方性、あるいは固定磁性層自身が高
保持力材料である場合、磁性層2が固定磁性層であって
もよい。
In particular, in the magnetic device of FIGS. 12 and 13, for example, the magnetic layer 2 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, and the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic layer 2. The fixed magnetic layer is magnetically coupled to a high coercive force magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, or an antiferromagnetic material, so that the relative magnetization of the magnetic layers 1 and 2 with respect to external magnetic energy is reduced. The angle can be made clear and the output change can be increased. Here, the magnetic layer 1, which is the pinned magnetic layer, is made of a high coercive force magnetic material, a laminated ferrimagnetic material, an antiferromagnetic material, or a laminated ferrimagnetic material placed on the surface opposite to the tunnel layer 1. It is desirable to make the magnetization rotation difficult by magnetically coupling with the multilayer film of the body. In the above configuration, when the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer, the output characteristics may not be sufficiently improved. This is presumably because the distance between the tunnel layer 1 and the semiconductor 1 is increased or the spin inversion is likely to occur due to the thickness of the high coercive force magnetic material, the laminated ferrimagnetic material, or the antiferromagnetic material. However, when the pinned magnetic layer has a shape anisotropy or the pinned magnetic layer itself is a material having a high coercive force, the magnetic layer 2 may be a pinned magnetic layer.

【0066】また前記構成において、特に、トンネル層
がAlの酸化物、窒化物または酸窒化物であることで、安
定なトンネル層を得ることができる。
In the above-described structure, a stable tunnel layer can be obtained particularly when the tunnel layer is made of an oxide, nitride or oxynitride of Al.

【0067】また前記構成において、少なくとも1つの
トンネル層にかかるバイアスが300mV以上3V以下である
ことを特徴とすることで、高出力または高電流利得を得
ることができる。300mV以下では、これらの出力値が小
さく、また3V以上では、電子の非弾性散乱の影響が無視
できなくなる。
Further, in the above-described structure, a high output or a high current gain can be obtained by being characterized in that a bias applied to at least one tunnel layer is not less than 300 mV and not more than 3 V. Below 300 mV, these output values are small, and above 3 V, the effect of inelastic scattering of electrons cannot be ignored.

【0068】また以上、前記構成で自由磁性層は、少な
くとも1層の非磁性体と2層の磁性体が積層された構造
を持ち、非磁性体を挟む磁性体が、静磁結合または反強
磁性結合を行っていても良い。ここで、静磁結合である
場合導電性のある非磁性体であれば何れでもよいが、2
nm以上の厚みが必要である。また反強磁性結合である場
合、導電性のある非磁性体で、好ましくはCu, Ag, Au,
Ru, Rh, Ir, Re, Osあるいはこれらの金属の合金、酸化
物で、0.2〜1.1nmの膜厚であることが好ましい。
また反強磁性結合を行っている場合、自由磁性層は、反
強磁性結合から漏れる磁気モ−メントが僅かでもあるこ
とが必要である。これらの磁性体と非磁性体の多層膜で
ある自由磁性層は前記構成での磁気デバイスを微細化し
たさいに、自由磁性層の磁化回転を容易にする。
Further, as described above, the free magnetic layer has a structure in which at least one non-magnetic material and two magnetic materials are laminated, and the magnetic material sandwiching the non-magnetic material has a magnetostatic coupling or an anti-magnetic force. Magnetic coupling may be performed. Here, in the case of magnetostatic coupling, any conductive non-magnetic material may be used.
A thickness of at least nm is required. In the case of antiferromagnetic coupling, a conductive nonmagnetic material, preferably Cu, Ag, Au,
Ru, Rh, Ir, Re, Os or alloys or oxides of these metals, preferably with a thickness of 0.2 to 1.1 nm.
When antiferromagnetic coupling is performed, the free magnetic layer needs to have a small amount of magnetic moment leaking from the antiferromagnetic coupling. The free magnetic layer, which is a multilayer film of these magnetic and non-magnetic materials, facilitates the rotation of the magnetization of the free magnetic layer when the magnetic device having the above configuration is miniaturized.

【0069】また前記構成の磁気抵抗デバイスを使用す
ることで、読み出し時に高出力を得る磁気メモリが作製
できる。
Further, by using the magnetoresistive device having the above-described structure, a magnetic memory which can obtain a high output at the time of reading can be manufactured.

【0070】次に、図14に上記構成の磁気デバイスを
メモリ素子として用いたランダムアクセスメモリの例を
示す。メモリとして使用される素子としては、前記構成
の磁気デバイスの何れの構成でもよい。素子は例えば図
14、A1に代表されるように、CuやAlをベ−スに作られ
たビット線とワ−ド線の交点にマトリクス様に配置さ
れ、それぞれのラインに信号電流を流した時に発生する
合成磁界を用いた2電流一致方式により信号情報が記録
される。
Next, FIG. 14 shows an example of a random access memory using the magnetic device having the above configuration as a memory element. The element used as the memory may have any configuration of the magnetic device having the above configuration. The elements are arranged in a matrix at the intersections of bit lines and word lines made of Cu or Al as shown in, for example, A1 of FIG. 14, and a signal current is applied to each line. Signal information is recorded by a two-current coincidence method using a synthetic magnetic field generated at the time.

【0071】図15〜図17における磁気メモリデバイ
スの電流による書き込み動作と、読み込み動作の基本例
につい説明する。尚、それぞれの図では例として図1に
示した磁気デバイスをメモリ素子として用いている。
A basic example of the write operation and the read operation by the current of the magnetic memory device in FIGS. 15 to 17 will be described. In each of the drawings, the magnetic device shown in FIG. 1 is used as a memory element as an example.

【0072】図15では、素子の磁化状態を個別に読み
とるために、素子毎にFETに代表されるスイッチ素子を
設けた構成を示している。このランダムアクセスメモリ
は、CMOS基板上に容易に構成できる。また図16では、
素子毎に非線形素子、あるいは整流素子を用いた構成を
示している。ここで、非線形素子は、バリスタや、トン
ネル素子、あるいは前記構成の3端子素子を用いても良
い。このランダムアクセスメモリは、ダイオ−ドの成膜
プロセスなどを増やすだけで、基板を安価がガラス基板
上にも作製可能である。また図17では、図15や図1
6のような素子分離のためのスイッチ素子、あるいは整
流素子などを用いず、直接ワ−ド線とビット線の交点に
素子が配置される構成としている。従って、図17で
は、読み出し時に複数の素子にまたがって電流が流れる
ために、読み出しの精度から、10000素子以下であるこ
とが望ましい。10000素子以上では、出力が十分得られ
なくなる。
FIG. 15 shows a configuration in which a switching element typified by an FET is provided for each element in order to individually read the magnetization state of the element. This random access memory can be easily configured on a CMOS substrate. In FIG. 16,
A configuration using a non-linear element or a rectifying element for each element is shown. Here, as the nonlinear element, a varistor, a tunnel element, or a three-terminal element having the above configuration may be used. This random access memory can be manufactured on a glass substrate at low cost only by increasing the process of forming a diode. 17 and FIG. 1 and FIG.
In this configuration, elements such as switching elements for element isolation or rectifying elements such as 6 are not used, and elements are directly arranged at intersections of word lines and bit lines. Therefore, in FIG. 17, since current flows across a plurality of elements at the time of reading, it is preferable that the number of elements is 10,000 or less from the viewpoint of reading accuracy. With 10,000 elements or more, sufficient output cannot be obtained.

【0073】図15〜図17では、それぞれ、ビット線
は素子に電流を流して抵抗変化を読みとるセンス線と併
用する場合について示しているが、ビット電流による誤
動作や素子破壊を防ぐため、センス線とビット線を別途
設けてもよい。このときビット線は、素子と電気的に絶
縁された位置で且つ、センス線と平行に配置することが
好ましい。また、電流書き込みの場合、ワ−ド線、ビッ
ト線とメモリセル間の距離は消費電力の点から500n
m程度以下であることが望ましい。
FIGS. 15 to 17 each show a case where the bit line is used together with a sense line for reading a change in resistance by flowing a current through the element. And a bit line may be separately provided. At this time, it is preferable that the bit line is arranged at a position electrically insulated from the element and parallel to the sense line. In the case of current writing, the distance between a word line, a bit line and a memory cell is 500 n from the point of power consumption.
m or less.

【0074】また以上の磁気デバイスをメモリとして使
用する場合、自由磁性層は、図18(1)のような方形
形状にし形状異方性を設けるが、さらに好ましい形状は
図20(2)〜(5)のように、非方形型である。これ
らの形状によりメモリの角形形状が向上し、メモリ保持
の信頼性も向上する。
When the above magnetic device is used as a memory, the free magnetic layer is formed in a square shape as shown in FIG. 18A and provided with shape anisotropy, and more preferable shapes are shown in FIGS. It is a non-square type as shown in 5). With these shapes, the rectangular shape of the memory is improved, and the reliability of memory retention is also improved.

【0075】(実施例1)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて以下のサンプルを作製した。
(Example 1) The following samples were produced on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0076】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/Fe(2)/Ta(25) サンプル2 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/AlO(1.0)/Fe(2)/AlO(1.3)
/Ta(25) サンプル3 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/Fe(2)/AlO(1.3)/Ta(25) (単位はnm) ここでAlO( )の( )内の値は、酸化処理前のAlの設計膜
厚の合計値を示し、実際にはAlを0.3〜0.7nm成膜後、酸
素含有雰囲気中で酸化することを繰り返して作製した。
それぞれの膜を図3のようなメサ型に微細加工し、上部
電極としてCu(50)/Ta(3)を形成後、280℃、5KOe磁場中
で熱処理し、PtMnに一方向異方性を付与した。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / Fe (2) / Ta (25) Sample 2 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / CoFe (3) / AlO (1.0) / Fe (2) / AlO (1.3)
/ Ta (25) Sample 3 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / Fe (2) / AlO (1.3) / Ta (25) (Unit: nm) Here, the value in () of AlO () is the design thickness of Al before oxidation treatment. In practice, Al was formed into a film having a thickness of 0.3 to 0.7 nm and then oxidized in an oxygen-containing atmosphere.
Each film is finely processed into a mesa shape as shown in Fig. 3 and Cu (50) / Ta (3) is formed as an upper electrode, and then heat-treated at 280 ° C in a 5 KOe magnetic field to give unidirectional anisotropy to PtMn. Granted.

【0077】ここで、それぞれのサンプルの素子断面積
は1.5μm×3μmである。また、サンプル1は、通常のス
ピンバルブ型TMRの構成であり、サンプル2およびサ
ンプル3は図1(a)に準ずる構成となっている。
Here, the element cross-sectional area of each sample is 1.5 μm × 3 μm. The sample 1 has a configuration of a normal spin valve type TMR, and the samples 2 and 3 have a configuration according to FIG.

【0078】下部電極のTa(3)/Cu(50)および上部電極の
Cu(50)/Ta(3)間に流す電流を様々に変えた時の磁気抵抗
(MR)変化を求めることでMRのバイアス依存性を測定し
た。
The lower electrode Ta (3) / Cu (50) and the upper electrode
The bias dependence of MR was measured by determining the change in magnetoresistance (MR) when the current flowing between Cu (50) / Ta (3) was varied.

【0079】サンプル1の結果を図19に、またサンプ
ル3の結果を図20に示す。図では、MR変化のバイア
ス依存性および、出力のバイアス依存性を示している。
通常のスピンバルブ型TMR素子であるサンプル1の出
力の最大値が数十mV程度であるのに比べ、同じ磁性材料
から構成されたサンプル3では、明らかに出力の増大が
見られる。また、サンプル3でのMRのバイアス依存性と
は、単純にサンプル1にAlO(1.3)のトンネル抵抗を直列
に加えたと考える結果と異なることがわかる。サンプル
1の素子抵抗は、400Ωμm2 サンプル3の素子抵抗は
2kΩμm2程度であった。これらのことから、サンプル
3においては、サンプル1に比べ、高抵抗のAlO(1.3)ト
ンネル層を持つことで、素子内を流れる電子にフェルミ
準位よりも高エネルギ−のものが含まれ、これらが、磁
性層内におけるより高エネルギ−でのバンド構造を反映
している、あるいは、2つのトンネル層による、コトン
ネルのような現象が関与した結果ではないかと思われ
る。
FIG. 19 shows the result of Sample 1 and FIG. 20 shows the result of Sample 3. The figure shows the bias dependency of the MR change and the bias dependency of the output.
While the maximum value of the output of Sample 1, which is a normal spin-valve TMR element, is about several tens of mV, Sample 3 made of the same magnetic material clearly shows an increase in output. Further, it can be seen that the bias dependence of the MR in Sample 3 is different from the result obtained by simply adding a tunnel resistance of AlO (1.3) to Sample 1 in series. Sample 1 had an element resistance of 400 Ωμm 2 and Sample 3 had an element resistance of about 2 kΩμm 2 . From these facts, Sample 3 has a higher resistance AlO (1.3) tunnel layer than Sample 1, so that electrons flowing in the element include those having higher energy than the Fermi level. This may reflect the band structure at a higher energy in the magnetic layer, or may be a result of a phenomenon such as co-tunneling due to the two tunnel layers.

【0080】一方、サンプル2ではサンプル1よりも高
いバイアス依存性と出力を得たが、サンプル3よりも低
い値であった。これは、サンプル3が、反強磁性体PtMn
と、積層フェリ構造を持つCoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)積
層膜を多層化することで固定磁性層を形成した結果と思
われる。
On the other hand, sample 2 obtained higher bias dependency and output than sample 1, but had lower values than sample 3. This is because sample 3 is an antiferromagnetic substance PtMn
This is probably because the pinned magnetic layer was formed by making the CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3) laminated film having a laminated ferri structure into multiple layers.

【0081】次にサンプル2のFeをFeCoに変更した、次
のような多層膜を作製した。
Next, the following multilayer film was prepared by replacing Fe of Sample 2 with FeCo.

【0082】サンプル4 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe/Ru(0.9)/CoFe(3)/A
lO(1.0)/FeCo(2)/Ta(25) サンプル5 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe/Ru(0.9)/CoFe(3)/A
lO(1.0)/FeCo(2)/AlO(1.3)/Ta(25) サンプル5のバイアス依存性の測定結果を図21に示
す。サンプル5は、特に高バイアス側で、出力の非対称
が現れた。また、このサンプルでの正バイアス側での出
力は、サンプル4の最大値より大きな値を得た。
Sample 4 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe / Ru (0.9) / CoFe (3) / A
lO (1.0) / FeCo (2) / Ta (25) Sample 5 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe / Ru (0.9) / CoFe (3) / A
lO (1.0) / FeCo (2) / AlO (1.3) / Ta (25) FIG. 21 shows the measurement results of the bias dependence of Sample 5. Sample 5 exhibited output asymmetry, especially on the high bias side. Further, the output on the positive bias side of this sample obtained a value larger than the maximum value of sample 4.

【0083】以上の他、先に(実施の形態)において示
した材料において実施した結果、少なくとも導電層1、
トンネル層1、磁性層1、トンネル層2、磁性層2の順
に構成され、磁性層1と磁性層2が互いに異なる保持力
を持ち、磁性層1および磁性層2の間の磁化相対角の変
化を、少なくとも導電層1と磁性層2の間の抵抗変化と
して検知する磁気デバイスであることで、従来のTMR素
子よりも、バイアス依存性が改善される、あるいは高出
力を得ることができることが分かった。また、この構成
で最大出力を得るバイアス条件は、磁性層に用いる材料
にもよるが、トンネル層1またはトンネル層2の何れか
にかかるバイアスが300mV〜3Vの範囲であった。
In addition to the above, as a result of implementing the above-described materials in the embodiment, at least the conductive layer 1
The tunnel layer 1, the magnetic layer 1, the tunnel layer 2, and the magnetic layer 2 are arranged in this order. The magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces, and the change in the relative magnetization angle between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 Is a magnetic device that detects at least a change in resistance between the conductive layer 1 and the magnetic layer 2, it is possible to improve the bias dependency or obtain a higher output than the conventional TMR element. Was. The bias conditions for obtaining the maximum output with this configuration depend on the material used for the magnetic layer, but the bias applied to either the tunnel layer 1 or the tunnel layer 2 was in the range of 300 mV to 3 V.

【0084】さらに、磁性層1が磁化回転の容易な自由
磁性層で、磁性層2が磁性層1よりも磁化回転が困難な
固定磁性層であり、固定磁性層が、積層フェリ磁性体あ
るいは反強磁性体と磁気的に結合することでさらに高い
出力が得られた。
Further, the magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than that of the magnetic layer 1, and the fixed magnetic layer is a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material. Higher output was obtained by magnetic coupling with ferromagnetic material.

【0085】また以上ではトンネル層としてAlOを用い
ているが、AlOの変わりにAlN、AlONを用いた構成でも、
バイアス依存性の改善と高出力化が達成できた。ここ
で、AlN、AlONはそれぞれ、Alを成膜後、窒素プラズマ
中で窒化、あるいは酸窒素プラズマ中で酸窒化すること
で作製した。
Although AlO is used as the tunnel layer in the above description, a configuration using AlN or AlON instead of AlO may be used.
Improvement of bias dependency and high output were achieved. Here, AlN and AlON were produced by forming Al and then nitriding in nitrogen plasma or oxynitriding in oxynitrogen plasma.

【0086】(実施例2)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 2 The following samples were prepared on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0087】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru
(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0)/NiFe(2)/AOl(1.6)/Ta(25) サンプル2 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru
(0.9)/CoFe(3)/AlO(1.0)/NiFe(2)/AOl(1.6)/NiFe(2)/Ta
(25) (単位はnm) ここでAlO( )の( )内の値は、酸化処理前のAlの設計膜
厚である。またNiFeCrはPtMnの配向性を高める下地層で
ある。作製した膜を図3のようなメサ型に微細加工し、
上部電極としてCu(50)/Ta(3)を形成後、280℃5KOe磁場
中で熱処理し、それぞれの磁気抵抗(MR)変化のバイアス
依存性を測定した。ここで、サンプル1は、図1(a)に
準ずる構成であり、サンプル2は、図2に準ずる構成で
ある。また、それぞれのサンプルの素子断面積は1.5μm
×3μmである。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru
(0.9) / CoFe (3) / AlO (1.0) / NiFe (2) / AOl (1.6) / Ta (25) Sample 2 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru
(0.9) / CoFe (3) / AlO (1.0) / NiFe (2) / AOl (1.6) / NiFe (2) / Ta
(25) (Unit: nm) Here, the value in () of AlO () is the design film thickness of Al before the oxidation treatment. NiFeCr is a base layer for improving the orientation of PtMn. The fabricated film is finely processed into a mesa shape as shown in FIG.
After Cu (50) / Ta (3) was formed as the upper electrode, it was heat-treated at 280 ° C. in a 5 KOe magnetic field, and the bias dependence of each magnetoresistance (MR) change was measured. Here, the sample 1 has a configuration according to FIG. 1A, and the sample 2 has a configuration according to FIG. The element cross-sectional area of each sample is 1.5 μm
× 3 μm.

【0088】サンプル1の出力に対するサンプル2の出
力を比較したものを表1に示す。
Table 1 shows a comparison between the output of Sample 1 and the output of Sample 2.

【0089】[0089]

【表1】 [Table 1]

【0090】以上のように、導電層1が磁性導電体で、
且つ磁性層1とほぼ同じ保持力を持つとき、高出力化、
あるいはバイアス依存性の改善が行われた。
As described above, the conductive layer 1 is a magnetic conductor,
When the magnetic layer 1 has substantially the same coercive force, a high output is obtained.
Alternatively, the bias dependency was improved.

【0091】(実施例3)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて以下のサンプルを測定した。
Example 3 The following samples were measured on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0092】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/NiFeCo(2)/Ta(25) サンプル2〜6 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/NiFeCo(2)/AlO(d)/Ta(25) (単位はnm) ここで、サンプル2〜6は、AlO(D2)のD2を0.8〜1.
6まで変化させものである。それぞれのサンプルを280℃
5KOe磁場中で熱処理した後、メサ加工し、上部電極とし
てCu(50)/Ta(3)を形成し、磁気抵抗(MR)変化のバイアス
依存性を測定した。尚、それぞれのサンプルの素子断面
積は1.5μm×3μmである。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / NiFeCo (2) / Ta (25) Samples 2-6 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9 ) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / NiFeCo (2) / AlO (d) / Ta (25) (unit: nm) Here, D2 of AlO (D2) is 0.8 to 1.
It is changed up to 6. 280 ° C for each sample
After heat treatment in 5KOe magnetic field, mesa processing was performed to form Cu (50) / Ta (3) as the upper electrode, and the bias dependence of the magnetoresistance (MR) change was measured. Note that the element cross-sectional area of each sample is 1.5 μm × 3 μm.

【0093】サンプル1が取りうる最大出力P1と、サ
ンプル2〜6が取りうる最大出力P2の比較を行った結
果を(表2)に示す。表中R2/R1とは、サンプル2〜
6が20mV以下の低バイアスでとる素子最小抵抗をAlO(D
2)のトンネル抵抗R2と、AlO(1.0)のトンネル抵抗R
1の単純和(R1+R2)であると仮定し、サンプル1が
同様に低バイアスでとる素子抵抗を実質的にAlO(1.0)の
トンネル抵抗R1であるとして求めた値である。また表
中D2/D1とは、サンプル2〜6のAlの厚みと、サン
プル1のAlの厚みを比較したものである。
Table 2 shows the result of comparison between the maximum output P1 that can be taken by the sample 1 and the maximum output P2 that can be taken by the samples 2 to 6. R2 / R1 in the table refers to Sample 2
6 has a minimum resistance of AlO (D
2) tunnel resistance R2 and AlO (1.0) tunnel resistance R
This is a value obtained by assuming that it is a simple sum of R1 (R1 + R2), and assuming that the element resistance taken by the sample 1 with a low bias is also substantially the tunnel resistance R1 of AlO (1.0). In the table, D2 / D1 is a comparison between the thickness of Al of Samples 2 to 6 and the thickness of Al of Sample 1.

【0094】[0094]

【表2】 [Table 2]

【0095】以上の結果から、上述の定義に従ったトン
ネル層1の抵抗をR1、トンネル層2の抵抗をR2とす
ると、0.5×R2≦R1≦100×R2の範囲である
とき、出力が向上する。
From the above results, assuming that the resistance of the tunnel layer 1 is R1 and the resistance of the tunnel layer 2 is R2 according to the above definition, when the resistance is in the range of 0.5 × R2 ≦ R1 ≦ 100 × R2, the output is Is improved.

【0096】尚、上記の実験、サンプル2〜6の抵抗値
は2つのトンネル層の抵抗値を単純和としてみなせる場
合について示している。
The resistance values of the above-mentioned experiments and samples 2 to 6 show the case where the resistance values of the two tunnel layers can be regarded as a simple sum.

【0097】実際にはコトンネリング、ク−ロンブロッ
ケイドなど、見かけ上の抵抗値を変える効果が含まれる
場合は、例えば本実施例のように、同一材料からなるト
ンネル層である場合、トンネル層1の膜厚をD1、トン
ネル層2の膜厚を、D2とすると、作製時のバラツキな
ども考慮して、0.9×D2≦D1≦1.5×D2であ
るとき出力が向上する。
Actually, when an effect of changing an apparent resistance value is included, such as co-tunneling or Cron blockade, for example, as in the present embodiment, when a tunnel layer made of the same material is used, a tunnel layer is used. Assuming that the thickness of D1 is D1 and the thickness of the tunnel layer 2 is D2, the output is improved when 0.9 × D2 ≦ D1 ≦ 1.5 × D2 in consideration of variations in fabrication.

【0098】尚、前記膜厚比による範囲は、トンネル層
を形成する前駆体であるAlの膜厚を基準としている
が、トンネル層として同一組成の絶縁物を形成した場合
同じ比率と考えて良い。また前記膜厚比による範囲は、
基準とするD1の厚み、材質によって、上記膜厚比の範
囲で最適地が異なる場合がある。
The range based on the film thickness ratio is based on the film thickness of Al which is a precursor for forming the tunnel layer. However, the same ratio may be considered when insulators having the same composition are formed as the tunnel layer. . The range according to the film thickness ratio is as follows:
Depending on the thickness and the material of the reference D1, the optimum location may be different in the range of the film thickness ratio.

【0099】またトンネル層1とトンネル層2が基本的
に異なる材質から成る場合で、且つコトンネリング、ク
−ロンブロッケイドなどの効果が含まれる場合、トンネ
ル層1のみを含むTMR素子の素子抵抗をR1、トンネ
ル層1とトンネル層2を含む本発明の構成の素子抵抗を
R2とすると、R2≦R1≦108×R2の範囲である
とき、出力が向上する。
When the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 are basically made of different materials and when effects such as co-tunneling and Cron blockade are included, the element resistance of the TMR element including only the tunnel layer 1 is reduced. Is R1, and the element resistance of the configuration of the present invention including the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 is R2. When R2 ≦ R1 ≦ 10 8 × R2, the output is improved.

【0100】(実施例4)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 4 The following samples were produced on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0101】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Fe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)/Ru(0.9)/
CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25) サンプル2〜7 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/AlO(1.3)/Fe(L)/AlO(1.0)/CoFe
(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25) (単位はnm)
ここでLは0.5〜200 nm それぞれのサンプルを280℃、5kOe磁場中で熱処理した
後、メサ加工し、上部電極としてCu(50)/Ta(3)を形成し
た後、磁気抵抗(MR)変化のバイアス依存性を測定した。
サンプル1の取りうる最大出力P1を基準に、サンプル
2〜7の最大出力P2を比較した。結果を(表3)に示
す。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3) / Ru (0.9) /
CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (25) Samples 2-7 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / AlO (1.3) / Fe (L) / AlO (1.0) / CoFe
(3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (25) (unit: nm)
Here, L is 0.5 to 200 nm. Each sample is heat-treated in a magnetic field of 5 kOe at 280 ° C., then mesa-processed, and Cu (50) / Ta (3) is formed as an upper electrode. Was measured for bias dependence.
The maximum outputs P2 of the samples 2 to 7 were compared with the maximum output P1 of the sample 1 as a reference. The results are shown in (Table 3).

【0102】[0102]

【表3】 [Table 3]

【0103】Lが0.5nmでP2/P1の急減な減少は、Feが連
続膜として作製されなかったためと思われる。また、L
が200での減少は、2つのトンネル層の間隔が広がり、
バリステック的に伝導する電子数が急激に減少したなど
のためであると思われる。以上のように、トンネル層1
とトンネル層2の最短間隔をLとすると、1≦L≦100
(nm)の範囲であるとき高出力化が実現できる。
The sharp decrease in P2 / P1 when L is 0.5 nm is considered to be because Fe was not produced as a continuous film. Also, L
Decrease at 200 increases the distance between the two tunnel layers,
This is probably due to the sudden decrease in the number of ballistically conducting electrons. As described above, tunnel layer 1
If the shortest distance between the tunnel layer 2 and L is 1 ≦ L ≦ 100
(Nm), high output can be realized.

【0104】(実施例5)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 5 The following samples were prepared on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0105】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Fe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)/Ru(0.9)/
CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25) サンプル2 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/AlO(1.3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.
9)/CoFe(3)/AlO(1.0)/Fe(2)/ AlO(1.0)/ CoFe(3)/Ru(0.
9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25) サンプル3 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/AlO(1.3)/Fe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/ CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)
/AlO(1.0)/Fe(2)/Ta(25) サンプル4 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/AlO(1.3)/Fe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/ CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)
/AlO(1.0)/Fe(2)/AlO(1.3)/Ta(25) サンプル5 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/Fe(2)/AlO(1.3)/Fe(2)/AlO(1.0)/CoFe(3)
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25)(単位はnm) ここで、サンプル2は図4、サンプル3は図5、サンプ
ル4は図6、サンプル5は図7にに示す一形態に対応す
る。それぞれのサンプルを280℃5KOe磁場中で熱処理し
た後、メサ加工し、上部電極としてCu(50)/Ta(3)を形成
した後、磁気抵抗(MR)変化のバイアス依存性を測定し
た。サンプル1が取りうる最大出力P1と、サンプル2
〜5が取りうる最大出力P2の比較を行った。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3) / Ru (0.9) /
CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (25) Sample 2 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / AlO (1.3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.
9) / CoFe (3) / AlO (1.0) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3) / Ru (0.
9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (25) Sample 3 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / AlO (1.3) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3)
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)
/AlO(1.0)/Fe(2)/Ta(25) Sample 4 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / AlO (1.3) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3 )
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)
/AlO(1.0)/Fe(2)/AlO(1.3)/Ta(25) Sample 5 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9 ) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / Fe (2) / AlO (1.3) / Fe (2) / AlO (1.0) / CoFe (3)
/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25) (unit: nm) Here, Sample 2 is FIG. 4, Sample 3 is FIG. 5, Sample 4 is FIG. 6, and Sample 5 is FIG. 7 corresponds to one mode shown in FIG. After heat-treating each sample at 280 ° C. in a 5 KOe magnetic field, mesa processing was performed to form Cu (50) / Ta (3) as an upper electrode, and then the bias dependence of the change in magnetoresistance (MR) was measured. The maximum output P1 that can be taken by sample 1 and sample 2
Comparison of the maximum output P2 that can be taken by 取 り 5 was performed.

【0106】[0106]

【表4】 [Table 4]

【0107】以上の結果、少なくとも1つの導電層と、
2つのトンネル層と少なくとも2つの磁性層が積層さ
れ、トンネル層の内、少なくとも1つが、2つの磁性層
に挟まれ、且つ2つの磁性層の磁化相対角の変化によ
り、抵抗が変化するトンネル磁気抵抗層であり、且つト
ンネル層の内、少なくとも1つが磁化相対角の変化によ
らないトンネル層であることを特徴とする磁気デバイス
であることで高出力を得ることができることがわかる。
As a result, at least one conductive layer,
Two tunnel layers and at least two magnetic layers are stacked, at least one of the tunnel layers is sandwiched between the two magnetic layers, and the resistance changes due to a change in the relative magnetization angle of the two magnetic layers. It can be seen that a high output can be obtained by using a magnetic device that is a resistance layer and is characterized by at least one of the tunnel layers being a tunnel layer that does not depend on a change in the relative magnetization angle.

【0108】(実施例6)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 6 The following samples were produced on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0109】サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/AlO(1.6)/Fe(50)/AlO(1.2)/CoFe(3)/Ru
(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3) サンプル2 Ta(3)/Cu(50)/Fe(50)/AlO(1.6)/Fe(50)/AlO(1.2)/CoFe
(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3) /Cu(50)/Ta(3) サンプル3 Ta(3)/Cu(50)/AlO(1.2)/Fe(50)/AlO(1.6)/CoFe(3)/Ru
(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3) /Cu(50)/Ta(3) サンプル4 Ta(3)/Cu(50)/Fe(50)/AlO(1.2)/Fe(50)/AlO(1.6)/CoFe
(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)
(単位はnm) サンプル1は、図8の構成に準じ、Ta(3)/Cu(50)をエミ
ッタ電極、Fe(50)をベ−ス電極、CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)をコレクタ電極とし
た。
Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / AlO (1.6) / Fe (50) / AlO (1.2) / CoFe (3) / Ru
(0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) Sample 2 Ta (3) / Cu (50) / Fe (50) / AlO (1.6) / Fe (50) / AlO (1.2) / CoFe
(3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) Sample 3 Ta (3) / Cu (50) / AlO (1.2) / Fe (50) / AlO (1.6) / CoFe (3) / Ru
(0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) Sample 4 Ta (3) / Cu (50) / Fe (50) / AlO (1.2) / Fe (50) / AlO (1.6) / CoFe
(3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3)
(Unit: nm) In sample 1, according to the configuration of FIG. 8, Ta (3) / Cu (50) is an emitter electrode, Fe (50) is a base electrode, CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe.
(3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) was used as the collector electrode.

【0110】サンプル2は、図9の構成に準じ、Ta(3)/
Cu(50) /Fe(50)をエミッタ電極、Fe(50)をベ−ス電極、
CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta
(3)をコレクタ電極とした。サンプル3は、図10の構
成に準じ、Ta(3)/Cu(50)をコレクタタ電極、Fe(50)をベ
−ス電極、CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/C
u(50)/Ta(3)をエミッタ電極とした。サンプル4は、図
11の構成に準じ、Ta(3)/Cu(50)/Fe(50)をコレクタ電
極、Fe(50)をベ−ス電極、CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/Pt
Mn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)をエミッタ電極とした。
Sample 2 has a structure of Ta (3) /
Cu (50) / Fe (50) as the emitter electrode, Fe (50) as the base electrode,
CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta
(3) was used as a collector electrode. Sample 3 has a collector electrode of Ta (3) / Cu (50), a base electrode of Fe (50), CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn according to the configuration of FIG. (20) / Ta (3) / C
u (50) / Ta (3) was used as the emitter electrode. Sample 4 has a collector electrode of Ta (3) / Cu (50) / Fe (50), a base electrode of Fe (50), CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe according to the configuration of FIG. (3) / Pt
Mn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) was used as the emitter electrode.

【0111】作製したそれぞれの3端子素子を280℃5KO
e磁場中で熱処理した。外部磁場を与え、AlOを挟むFe(5
0)とCoFe(50)の磁化相対角を平行あるいは反平行にした
ときのコレクタ電流の電流比をエミッタ電圧を0Vから
3.5Vまで変化させ調べた。
Each of the manufactured three-terminal devices was subjected to 280 ° C.
eHeat treatment in a magnetic field. An external magnetic field is applied to Fe (5
0) and the current ratio of the collector current when the magnetization relative angle of CoFe (50) is parallel or antiparallel.
It was changed to 3.5V and examined.

【0112】[0112]

【表5】 [Table 5]

【0113】表5のように、磁化の平行/反平行によ
り、コレクタ電流が変化する電圧範囲は、300mV〜3V程
度で、中でも500mV以上から2V以下では高い電流比が得
られることがわかる。
As shown in Table 5, the voltage range in which the collector current changes due to the parallel / antiparallel magnetization is about 300 mV to 3 V, and a high current ratio can be obtained from 500 mV to 2 V.

【0114】以上の結果から、少なくとも1つの導電層
と、2つのトンネル層と少なくとも2つの磁性層が積層
され、トンネル層の内、少なくとも1つが、2つの磁性
層に挟まれ、且つ2つの磁性層の磁化相対角の変化によ
り、抵抗が変化するトンネル磁気抵抗層であり、且つト
ンネル層の内、少なくとも1つが磁化相対角の変化によ
らないトンネル層であることを特徴とする磁気デバイス
であることで、高い出力が得られることがわかる。
From the above results, at least one conductive layer, two tunnel layers and at least two magnetic layers are stacked, at least one of the tunnel layers is sandwiched between the two magnetic layers, and the two magnetic layers are stacked. A magnetic device characterized by being a tunnel magnetoresistive layer whose resistance changes with a change in the relative magnetization angle of the layer, and at least one of the tunnel layers is a tunnel layer that does not depend on a change in the relative magnetization angle. This shows that a high output can be obtained.

【0115】また、これらのデバイスは、例えば本実施
例のサンプル1およびサンプル2のように、少なくとも
導電層1、トンネル層1、磁性層1、トンネル層2、磁
性層2の順に構成され、磁性層1と磁性層2が互いに異
なる保持力を持ち、導電層1をエミッタ−、磁性層1を
ベ−ス、磁性層2をコレクタ−とする磁気デバイス、あ
るいは、本実施例のサンプル3およびサンプル4のよう
に、少なくとも導電層1、トンネル層1、磁性層1、ト
ンネル層2、磁性層2の順に構成され、磁性層1と磁性
層2が互いに異なる保持力を持ち、導電層1をコレクタ
−、磁性層1をベ−ス、磁性層2をエミッタ−とする磁
気デバイスであることで、比較的簡易な構成で高い出力
を得ることができる。
These devices are composed of at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 in the order of, for example, samples 1 and 2 of this embodiment. A magnetic device in which the layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces, and the conductive layer 1 is an emitter, the magnetic layer 1 is a base, and the magnetic layer 2 is a collector, or a sample 3 and a sample of the present embodiment. As shown in FIG. 4, at least the conductive layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 1, the tunnel layer 2, and the magnetic layer 2 are formed in this order, and the magnetic layers 1 and 2 have different coercive forces. -Since the magnetic device has the magnetic layer 1 as a base and the magnetic layer 2 as an emitter, a high output can be obtained with a relatively simple configuration.

【0116】またここで、サンプル1およびサンプル3
のように、導電層1が非磁性導電体であるとき、素子構
成が最も簡易となり、またサンプル2およびサンプル4
のように、導電層1が磁性導電体で、且つ磁性層1とほ
ぼ同じ保持力を持つとき、より大きな出力変化が得られ
る。また、本実施例のように、磁性層1が磁化回転が容
易な自由磁性層で、磁性層2が磁性層1よりも磁化回転
が困難な固定磁性層であり、固定磁性層が、高保持力磁
性体、積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に
結合することで高い出力変化が得られる。
Here, sample 1 and sample 3
When the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor, the element configuration becomes the simplest.
As described above, when the conductive layer 1 is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer 1, a larger output change can be obtained. Further, as in the present embodiment, the magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than that of the magnetic layer 1, and the fixed magnetic layer has a high retention. A high output change can be obtained by magnetically coupling with a force magnetic material, a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material.

【0117】また、本実施例の構成で、Fe(50)をAlO(1.
6)側をCuとしたFe(20)/Cu(30)としたデバイスでも本実
施例と同様の傾向が観察できた。
In the structure of this embodiment, Fe (50) is replaced with AlO (1.
6) The same tendency as in the present example could be observed in a device in which Fe (20) / Cu (30) was used with Cu as the side.

【0118】(実施例7)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 7 The following samples were produced on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0119】サンプル1〜5 Ta(3)/Cu(50)/AlO(d)/NiFe(40)/Fe3Pt(10)/AlO(0.8)/Fe
3Pt(2)/CoFe(1)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(5
0)/Ta(3)(単位はnm) ここで、サンプル1〜5は、dを0.8〜2.5nmまで変化さ
せもので、それぞれ、図8の構成に準じ、Ta(3)/Cu(50)
をエミッタ電極、NiFe(40)/Fe3Pt(10)をベ−ス電極、Fe
3Pt(2)/CoFe(1)/Ru(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(25)をコ
レクタ電極とした。
Samples 1 to 5 Ta (3) / Cu (50) / AlO (d) / NiFe (40) / Fe3Pt (10) / AlO (0.8) / Fe
3Pt (2) / CoFe (1) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (5
0) / Ta (3) (unit: nm) Here, Samples 1 to 5 change d from 0.8 to 2.5 nm, and according to the configuration of FIG. 8, Ta (3) / Cu (50 )
Is the emitter electrode, NiFe (40) / Fe3Pt (10) is the base electrode, Fe
3Pt (2) / CoFe (1) / Ru (0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (25) was used as the collector electrode.

【0120】作製したそれぞれの3端子素子を280℃5KO
e磁場中で熱処理した。外部磁場を与え、AlO(0.8)を挟
むFe(50)とCoFe(50)の磁化相対角を平行にしたときのコ
レクタ電流を調べた。ここでエミッタ電圧は1Vとし
た。Re/Rcが1の時の値を基準としたときの、相対的な
電流利得を(表6)に示す。尚、Re/Rcとは、ベ−ス/
コレクタ間の低バイアスでの抵抗をRc、またベ−ス/エ
ミッタ間の低バイアスでの抵抗をReとして値の比をとっ
たものである。
Each of the fabricated three-terminal elements was subjected to 280 ° C.
eHeat treatment in a magnetic field. The collector current was measured when an external magnetic field was applied and the relative magnetization angles of Fe (50) and CoFe (50) sandwiching AlO (0.8) were made parallel. Here, the emitter voltage was 1 V. The relative current gain based on the value when Re / Rc is 1 is shown in (Table 6). Re / Rc is the base /
Rc is the resistance at a low bias between the collectors, and Re is the resistance at a low bias between the base and emitter.

【0121】[0121]

【表6】 [Table 6]

【0122】Re/Rcが1より小さいとき電流利得は小さ
く、また108より大きいときは、ノイズのために測定で
きなかった。以上の結果から、Rc≦Re≦108×Rcの
範囲であるとき、高い電流利得が得られることがわか
る。
[0122] current gain when Re / Rc is less than 1 is small, also 10 8 time greater than could not be measured due to noise. From the above results, it can be seen that a high current gain is obtained when Rc ≦ Re ≦ 10 8 × Rc.

【0123】(実施例8)Si/SiO2基板上に多元スパッ
タを用いて、以下のサンプルを作製した。
Example 8 The following samples were prepared on a Si / SiO 2 substrate by using multi-source sputtering.

【0124】サンプル1〜6 Ta(3)/Cu(50)/AlO(1.6)/CoFe(L)/AlO(1.2)/CoFe(3)/Ru
(0.9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/ Cu(50) /Ta(3) (単
位はnm)ここでLは0.5〜200 nm それぞれのサンプルは図8の構成に準じ、Ta(3)/Cu(50)
をエミッタ電極、CoFe(L)を、ベ−ス電極CoFe(3)/Ru(0.
9)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)/Cu(50) /Ta(3)をコレクタ
電極としている。280℃、5kOe磁場中で熱処理した後、A
lO(1.2)を挟むFe(50)とCoFe(50)の磁化相対角を平行に
したときコレクタ電流を調べた。ここでエミッタ電圧は
1Vとした。Lが50nmの時の電流利得を基準とした、相対
的な電流利得を(表7)に示す。
Samples 1 to 6 Ta (3) / Cu (50) / AlO (1.6) / CoFe (L) / AlO (1.2) / CoFe (3) / Ru
(0.9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) (unit: nm) where L is 0.5 to 200 nm Each sample has the structure shown in FIG. Correspondingly, Ta (3) / Cu (50)
Is the emitter electrode, CoFe (L) is the base electrode, CoFe (3) / Ru (0.
9) / CoFe (3) / PtMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) is used as the collector electrode. After heat treatment at 280 ° C and 5 kOe magnetic field, A
The collector current was investigated when the relative magnetization angles of Fe (50) and CoFe (50) sandwiching lO (1.2) were parallel. Where the emitter voltage is
1V. The relative current gain based on the current gain when L is 50 nm is shown in (Table 7).

【0125】[0125]

【表7】 [Table 7]

【0126】Lが0.5nmでの電流利得の急減な減少は、Co
Feが連続膜として作製されなかったためと思われる。ま
た、Lが200での減少は、2つのトンネル層の間隔が広が
り、バリステック的に伝導する電子数が急激に減少した
などのためであると思われる。
The sharp decrease of the current gain when L is 0.5 nm is due to Co
This is probably because Fe was not produced as a continuous film. Further, it is considered that the decrease when L is 200 is due to the fact that the distance between the two tunnel layers is widened and the number of ballistically conducting electrons is rapidly reduced.

【0127】以上のように、トンネル層1とトンネル層
2の最短間隔をLとすると、1≦L≦100(nm)の範囲
であるとき高出力化が実現できる。
As described above, assuming that the shortest distance between the tunnel layers 1 and 2 is L, high output can be realized when 1 ≦ L ≦ 100 (nm).

【0128】(実施例9)n-GaAs(100)基板上に多元ス
パッタを用いて、以下のサンプルを作製した。
(Example 9) The following samples were produced on an n-GaAs (100) substrate by using multiple sputtering.

【0129】サンプル1 GaAs/Fe(10)/AlO(1.6)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/IrMn
(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3) サンプル2 GaAs/Au(8)/Fe(2)/AlO(1.6)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/
IrMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3) サンプル3 GaAs/Au(8)/Fe(2)/AlO(1.6)/CoFe(3)/Ta(3)/Cu(50)/Ta
(3)(単位はnm) 尚、上記多層膜は、100 Oeの磁場中で成膜を行いIrMnに
一軸異方性を形成している。
Sample 1 GaAs / Fe (10) / AlO (1.6) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / IrMn
(20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) Sample 2 GaAs / Au (8) / Fe (2) / AlO (1.6) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3 ) /
IrMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) Sample 3 GaAs / Au (8) / Fe (2) / AlO (1.6) / CoFe (3) / Ta (3) / Cu ( 50) / Ta
(3) (unit: nm) The multilayer film is formed in a magnetic field of 100 Oe to form a uniaxial anisotropy in IrMn.

【0130】サンプル1は、図12の構成に準じ、CoFe
(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/IrMn(20)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)を
エミッタ電極、Fe(10)をベ−ス電極、n-GaAs(100)基板
をコレクタ電極とした。サンプル2は、図13の構成に
準じ、CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe(3)/IrMn(20)/Ta(3)/Cu(5
0)/Ta(3)をエミッタ電極、Au(8)/Fe(2)をベ−ス電極、n
-GaAs(100)基板をコレクタ電極とした。またサンプル3
は、図13の構成に準じ、CoFe(3)/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)
をエミッタ電極、Au(8)/Fe(2)をベ−ス電極、n-GaAs(10
0)基板をコレクタ電極とした。
Sample 1 was made of CoFe according to the configuration of FIG.
(3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / IrMn (20) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) as emitter electrode, Fe (10) as base electrode, n-GaAs The (100) substrate was used as a collector electrode. Sample 2 has a structure of CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe (3) / IrMn (20) / Ta (3) / Cu (5
0) / Ta (3) as emitter electrode, Au (8) / Fe (2) as base electrode, n
-A GaAs (100) substrate was used as a collector electrode. Sample 3
Represents CoFe (3) / Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) according to the configuration of FIG.
Is an emitter electrode, Au (8) / Fe (2) is a base electrode, n-GaAs (10
0) The substrate was used as a collector electrode.

【0131】作製したそれぞれの3端子素子に外部磁場
を与え、AlO(1.6)を挟むFeとCoFe(3)の磁化相対角を平
行あるいは反平行にしたときのコレクタ電流の電流比
を、エミッタ電圧を0Vから3.5Vまで変化させ調べた。
An external magnetic field is applied to each of the fabricated three-terminal devices, and the current ratio of the collector current when the relative magnetization angles of Fe and CoFe (3) sandwiching AlO (1.6) are made parallel or antiparallel is expressed by the emitter voltage. Was changed from 0 V to 3.5 V and examined.

【0132】[0132]

【表8】 [Table 8]

【0133】表8のように、磁化の平行/反平行によ
り、コレクタ電流が変化する電圧範囲は、300mV〜3V程
度で、中でも500mV以上から2V以下では高い電流比が得
られることがわかる。またサンプル2において、サンプ
ル1よりも僅かに電流比が大きいのは、n-GaAs/Au界面
に良好なショット−接合が形成されたためであると思わ
れる。
As shown in Table 8, the voltage range in which the collector current changes due to the parallel / antiparallel magnetization is about 300 mV to 3 V, and a high current ratio can be obtained from 500 mV to 2 V. The reason why the current ratio is slightly higher in Sample 2 than in Sample 1 is probably because a good shot-junction was formed at the n-GaAs / Au interface.

【0134】本実施例ではAuおよびFeの結晶性を高める
ためにGaAs基板を用いたが、用いる基板としては、n-Si
などでもよい。
In this example, a GaAs substrate was used to enhance the crystallinity of Au and Fe, but the substrate used was n-Si
And so on.

【0135】以上のように、少なくとも磁性層1、トン
ネル層1、磁性層2、半導体1の順に構成され、磁性層
1と磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、磁性層1を
エミッタ−、磁性層2をベ−ス、半導体をコレクタ−と
する磁気デバイスである、または、さらに前記構成にお
いて、少なくとも磁性層2と半導体の間に導電層1が介
在されることで、高い出力変化を得ることができる。
As described above, at least the magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 2, and the semiconductor 1 are formed in this order. The magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces, and the magnetic layer 1 A magnetic device having a magnetic layer 2 as a base and a semiconductor as a collector, or a high output change is obtained by interposing the conductive layer 1 at least between the magnetic layer 2 and the semiconductor in the above configuration. be able to.

【0136】また磁性層2が磁化回転が容易な自由磁性
層で、磁性層1が磁性層2よりも磁化回転が困難な固定
磁性層であり、固定磁性層が、高保持力磁性体、積層フ
ェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合すること
で、高出力を得ることができる。
The magnetic layer 2 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than that of the magnetic layer 2, and the fixed magnetic layer is a high coercivity magnetic material. High output can be obtained by magnetically coupling with a ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material.

【0137】(実施例10)CMOS基板上に、図15に示
すような基本構成のメモリ素子で集積メモリを作製し
た。素子配列は、16×16素子のメモリを1ブロック
とし合計8ブロックとした。ここで、素子には、図1の
(a)構成で、 サンプル1 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/NiFe(2)/AlO(1.3)/Ta(25) (単位はnm)
を用いた。
Example 10 An integrated memory was fabricated on a CMOS substrate using a memory element having a basic configuration as shown in FIG. The element arrangement was a total of 8 blocks, with a memory of 16 × 16 elements as one block. Here, the elements shown in FIG.
(a) Sample 1 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / NiFe (2) / AlO (1.3) / Ta (25) (unit: nm)
Was used.

【0138】また比較例として従来のTMR素子構成であ
る、 サンプル2 Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(3)/Ru(0.9)/CoFe
(3)/AlO(1.0)/NiFe(2)/Ta(25) を用いた。
As a comparative example, a sample 2 Ta (3) / Cu (50) / Ta (3) / PtMn (20) / CoFe (3) / Ru (0.9) / CoFe
(3) / AlO (1.0) / NiFe (2) / Ta (25) was used.

【0139】それぞれのサンプルの素子断面積は0.2μm
×0.3μmで、自由磁性層であるNiFe(2)の面内形状を図
18(1)としている。
The element cross-sectional area of each sample was 0.2 μm
FIG. 18A shows the in-plane shape of NiFe (2) which is × 0.3 μm and is a free magnetic layer.

【0140】また、各部ロックの残りの1素子は、配線
抵抗や、素子最低抵抗、FET抵抗をキャンセルするため
のダミ−素子とした。なお、ワ−ド線およびビット線な
どは全てCuを用いた。
The remaining one element of each part lock is a dummy element for canceling wiring resistance, element minimum resistance, and FET resistance. Note that Cu was used for all word lines and bit lines.

【0141】ワ−ド線とビット線の合成磁界により、8
つのブロックの、8素子にそれぞれの磁性層1の磁化反
転を同時に行い、8ビットずつの信号を記録した。次
に、CMOSで作製されたFETのゲ−トをそれぞれのブロ
ックに付き1素子ずつONし、センス電流を流した。この
とき、各ブロック内でのビット線、素子、及びFETに発
生する電圧と、ダミ−電圧をコンパレ−タにより比較
し、それぞれの素子の出力電圧から、同時に8ビットの
情報を読みとった。出力は比較例のTMR素子を用いた場
合の約2倍であった。
By the combined magnetic field of the word line and the bit line, 8
The magnetization reversal of each magnetic layer 1 was simultaneously performed on eight elements of one block, and a signal of eight bits was recorded. Next, a gate of an FET made of CMOS was turned on one element at a time in each block, and a sense current was passed. At this time, the voltage generated in the bit line, element, and FET in each block was compared with the dummy voltage by a comparator, and 8-bit information was simultaneously read from the output voltage of each element. The output was about twice that in the case of using the TMR element of the comparative example.

【0142】また次に、サンプル2の膜構成において、
自由磁性層の長軸と短軸の比を1.5:1(長軸は0.2μm)
とし、形状を図18(1)〜(5)に変えた集積メモリを
作製した。これらのメモリの記録に要する消費電力は、
図18の(2)〜(5)の形状では図18(1)の形状の約3/5〜
1/2程度であった。
Next, in the film configuration of Sample 2,
The ratio of the major axis to the minor axis of the free magnetic layer is 1.5: 1 (the major axis is 0.2 μm)
Then, an integrated memory whose shape was changed to that shown in FIGS. The power consumption required for recording these memories is
In the shapes of (2) to (5) in FIG. 18, the shape of FIG.
It was about 1/2.

【0143】[0143]

【発明の効果】本発明の磁気デバイスの例えば、最も単
純な構成を用いることで、従来のトンネル層を1層とす
るTMR素子以上の磁気抵抗効果を得ることができ、ま
た従来の強磁性二重トンネル素子よりも層厚みを薄くで
きる。これらの結果、デバイスの小型化に伴い必要な高
出力化を行えるとともに、例えばHDDの再生ヘッドに用
いた場合、高記録密度化に必要な挟ギャップ化、あるい
は、メモリ素子として用いた場合、電流磁界の低下(低
消費電力化)などの効果がある。
By using, for example, the simplest configuration of the magnetic device of the present invention, it is possible to obtain a magnetoresistance effect higher than that of a conventional TMR element having a single tunnel layer, and to obtain a conventional ferromagnetic device. The layer thickness can be made thinner than a heavy tunnel element. As a result, it is possible to achieve the required high output in accordance with the miniaturization of the device, and also, for example, when used for a HDD reproducing head, a narrow gap required for a high recording density, or when used as a memory element, a current This has the effect of lowering the magnetic field (lower power consumption).

【0144】さらにまた本発明の3端子構成を持つ磁気
デバイス素子では、高い電流利得と外部からの磁気エネ
ルギ−に対する高電流変化比を実現できる。
Further, in the magnetic device having the three-terminal structure of the present invention, a high current gain and a high current change ratio with respect to external magnetic energy can be realized.

【0145】これらのデバイスを用いることで、従来の
情報通信端末などに使用される光磁気ディスク、ハ−ド
ディスク、デジタルデ−タストリ−マ(DDS)、デジタ
ルVTR等の磁気記録装置の再生ヘッド、またシリンダ
−や、自動車などの回転速度検出用の磁気センサ−、磁
気ランダム・アクセス・メモリ(MRAM)、応力変
化、加速度変化などを検知する応力または加速度センサ
−あるいは熱センサ−や化学反応センサ−等の特性を向
上させることができる。
By using these devices, a reproducing head of a magnetic recording apparatus such as a magneto-optical disk, a hard disk, a digital data streamer (DDS), or a digital VTR used for a conventional information communication terminal or the like is used. A magnetic sensor for detecting the rotational speed of a cylinder or an automobile, a magnetic random access memory (MRAM), a stress or acceleration sensor for detecting a change in stress or a change in acceleration, or a heat sensor or a chemical reaction sensor And the like can be improved.

【0146】本発明は、かかる従来の課題に対して対処
し、比較的層厚が薄く、且つ高出力、あるいは高電流利
得が得られる磁気デバイスを提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a magnetic device having a relatively small layer thickness and a high output or a high current gain, which addresses such a conventional problem.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図2】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図3】本発明の磁気デバイスの作製例を示す図FIG. 3 is a diagram showing an example of manufacturing a magnetic device of the present invention.

【図4】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図5】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図6】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図7】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device according to the present invention.

【図8】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device according to the present invention.

【図9】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device according to the present invention.

【図10】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device according to the present invention.

【図11】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device according to the present invention.

【図12】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図13】本発明の磁気デバイスの構成例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a magnetic device of the present invention.

【図14】ランダムアクセスメモリ例を示す図FIG. 14 is a diagram showing an example of a random access memory;

【図15】メモリ構成1を示す図FIG. 15 is a diagram showing a memory configuration 1;

【図16】メモリ構成2を示す図FIG. 16 is a diagram showing a memory configuration 2;

【図17】メモリ構成3を示す図FIG. 17 is a diagram showing a memory configuration 3;

【図18】自由磁性層の面内形状を示す図FIG. 18 is a view showing an in-plane shape of a free magnetic layer.

【図19】サンプル1のバイアス依存性を示す図FIG. 19 is a diagram showing the bias dependence of Sample 1.

【図20】サンプル3のバイアス依存性を示す図FIG. 20 is a view showing the bias dependence of Sample 3.

【図21】サンプル5のバイアス依存性を示す図FIG. 21 is a diagram showing bias dependence of Sample 5.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/105 H01L 27/10 447 (72)発明者 杉田 康成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 里見 三男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川島 良男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小田川 明弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA08 BA15 CA00 CA08 5F083 FZ10 GA05 GA11 GA30 JA36 JA37 JA38 JA39 JA40 JA60 PR03 PR21 PR40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/105 H01L 27/10 447 (72) Inventor Yasunari Sugita 1006 Kazuma, Kazuma, Kazuma, Osaka Matsushita Electric Industrial (72) Inventor Mitsuo Satomi 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Pref.Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshio Kawashima 1006 Odaka, Kadoma, Kadoma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Odagawa 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term (reference) 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA08 BA15 CA00 CA08 5F083 FZ10 GA05 GA11 GA30 JA36 JA37 JA38 JA39 JA40 JA60 PR03 PR21 PR40

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも1つの導電層と、2つのトンネ
ル層と少なくとも2つの磁性層が積層され、前記トンネ
ル層の内、少なくとも1つが、2つの磁性層に挟まれ、
且つ前記2つの磁性層の磁化相対角の変化により、抵抗
が変化するトンネル磁気抵抗層であり、且つ前記トンネ
ル層の内、少なくとも1つが磁化相対角の変化によらな
いトンネル層であることを特徴とする磁気デバイス。
1. At least one conductive layer, two tunnel layers and at least two magnetic layers are stacked, and at least one of the tunnel layers is sandwiched between two magnetic layers;
And a tunnel magnetoresistive layer whose resistance changes according to a change in the relative magnetization angle of the two magnetic layers, and at least one of the tunnel layers is a tunnel layer that does not depend on a change in the relative magnetization angle. And a magnetic device.
【請求項2】少なくとも導電層1、トンネル層1、磁性
層1、トンネル層2、磁性層2の順に構成され、前記磁
性層1と前記磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、磁
性層1および磁性層2の間の磁化相対角の変化を、少な
くとも前記導電層1と前記磁性層2の間の抵抗変化とし
て検知する請求項1記載の磁気デバイス。
2. A magnetic layer comprising at least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2, wherein the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces. The magnetic device according to claim 1, wherein a change in the relative magnetization angle between the magnetic layer and the magnetic layer is detected as at least a change in resistance between the conductive layer and the magnetic layer.
【請求項3】導電層1が非磁性導電体である請求項2記
載の磁気デバイス。
3. The magnetic device according to claim 2, wherein the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor.
【請求項4】導電層1が磁性導電体で、且つ磁性層1と
ほぼ同じ保持力を持つ請求項2または3記載の磁気デバ
イス。
4. The magnetic device according to claim 2, wherein the conductive layer is a magnetic conductor and has substantially the same coercive force as the magnetic layer.
【請求項5】磁性層1が磁化回転の容易な自由磁性層
で、磁性層2が前記磁性層1よりも磁化回転が困難な固
定磁性層であり、前記固定磁性層が、高保持力磁性体、
積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合し
た請求項2〜4のいずれかに記載の磁気デバイス。
5. The magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than that of the magnetic layer 1, and the fixed magnetic layer has a high coercivity. body,
The magnetic device according to claim 2, wherein the magnetic device is magnetically coupled to a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material.
【請求項6】請求項2から5のいずれかに記載の磁気デ
バイスであって、トンネル層1の抵抗をR1、トンネル
層2の抵抗をR2とすると 0.5×R2≦R1≦100×R2 の範囲である磁気抵抗デバイス。
6. The magnetic device according to claim 2, wherein the resistance of the tunnel layer 1 is R1 and the resistance of the tunnel layer 2 is R2. 0.5 × R2 ≦ R1 ≦ 100 × R2 Magneto-resistive devices that are in the range.
【請求項7】請求項2から5のいずれかに記載の磁気デ
バイスであって、トンネル層1とトンネル層2が同一材
料で形成され、前記トンネル層1の膜厚をD1、前記ト
ンネル層2の膜厚をD2とすると 0.9×R2≦R1≦1.5×R2 の範囲である磁気抵抗デバイス。
7. The magnetic device according to claim 2, wherein the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 are formed of the same material, the thickness of the tunnel layer 1 is D1, and the tunnel layer 2 is Is a range of 0.9 × R2 ≦ R1 ≦ 1.5 × R2, where D2 is a film thickness of D2.
【請求項8】トンネル層1とトンネル層2の最短間隔を
Lとすると 1≦L≦100(nm) の範囲である請求項6または7記載の磁気抵抗デバイ
ス。
8. The magnetoresistive device according to claim 6, wherein the shortest distance between the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 is in the range of 1 ≦ L ≦ 100 (nm).
【請求項9】少なくとも、磁性層1、トンネル層1、磁
性層2、トンネル層2、磁性層3、トンネル層3、磁性
層4の順、に構成され、前記磁性層1および前記磁性層
4が自由磁性層(固定磁性層)であるとき、前記磁性層
2および前記磁性層3が固定磁性層(自由磁性層)であ
り、前記磁性層1と前記磁性層2の間、および前記磁性
層3と前記磁性層4の間での磁化相対角の変化を、少な
くとも前記磁性層1と前記磁性層4の間での抵抗変化と
して検知する請求項1〜5のいずれかに記載の磁気デバ
イス。
9. At least the magnetic layer 1, the tunnel layer 1, the magnetic layer 2, the tunnel layer 2, the magnetic layer 3, the tunnel layer 3, and the magnetic layer 4 in this order. Are free magnetic layers (pinned magnetic layers), the magnetic layers 2 and 3 are pinned magnetic layers (free magnetic layers), between the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2, and between the magnetic layers 2 and 3. The magnetic device according to claim 1, wherein a change in the relative magnetization angle between the magnetic layer and the magnetic layer is detected as a resistance change between at least the magnetic layer and the magnetic layer.
【請求項10】少なくとも導電層1、トンネル層1、磁
性層1、トンネル層2、磁性層2の順に構成され、前記
磁性層1と前記磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、
前記導電層1をエミッタ−、前記磁性層1をベ−ス、前
記磁性層2をコレクタ−とする請求項1記載の磁気デバ
イス。
10. At least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 are formed in this order, and the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces,
2. The magnetic device according to claim 1, wherein the conductive layer 1 is an emitter, the magnetic layer 1 is a base, and the magnetic layer 2 is a collector.
【請求項11】少なくとも導電層1、トンネル層1、磁
性層1、トンネル層2、磁性層2の順に構成され、前記
磁性層1と前記磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、
前記導電層1をコレクタ−、前記磁性層1をベ−ス、前
記磁性層2をエミッタ−とする請求項1記載の磁気デバ
イス。
11. At least a conductive layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 1, a tunnel layer 2, and a magnetic layer 2 are arranged in this order, and the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces,
2. The magnetic device according to claim 1, wherein the conductive layer 1 is a collector, the magnetic layer 1 is a base, and the magnetic layer 2 is an emitter.
【請求項12】導電層1が非磁性導電体、または磁性導
電体である請求項10または11記載の磁気デバイス。
12. The magnetic device according to claim 10, wherein the conductive layer 1 is a non-magnetic conductor or a magnetic conductor.
【請求項13】導電層1が磁性導電体で、且つ磁性層1
とほぼ同じ保持力を持つ請求項10〜12のいずれかに
記載の磁気デバイス。
13. The conductive layer 1 is a magnetic conductor and the magnetic layer 1
The magnetic device according to any one of claims 10 to 12, which has substantially the same holding force as described above.
【請求項14】磁性層1が磁化回転が容易な自由磁性層
で、磁性層2が前記磁性層1よりも磁化回転が困難な固
定磁性層であり、前記固定磁性層が、高保持力磁性体、
積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合し
た請求項10〜13のいずれかに記載の磁気デバイス。
14. The magnetic layer 1 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 2 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than that of the magnetic layer 1, and the fixed magnetic layer has a high coercivity. body,
14. The magnetic device according to claim 10, wherein the magnetic device is magnetically coupled to a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material.
【請求項15】請求項10から14のいずれかに記載の
磁気デバイスであって、エミッタ側のトンネル層の抵抗
をRe、コレクタ側のトンネル層の抵抗をRcとすると Rc≦Re≦108×Rc の範囲である磁気抵抗デバイス。
15. A magnetic device according to any one of claims 10 14, the emitter side of the resistance Re of the tunnel layer, the collector side of the resistance of the tunnel layer and Rc Rc ≦ Re ≦ 10 8 × A magnetoresistive device in the range of Rc.
【請求項16】トンネル層1とトンネル層2の最短間隔
をLとすると 1≦L≦100(nm) の範囲である請求項15記載の磁気抵抗デバイス。
16. The magnetoresistive device according to claim 15, wherein the shortest distance between the tunnel layer 1 and the tunnel layer 2 is in a range of 1 ≦ L ≦ 100 (nm).
【請求項17】少なくとも磁性層1、トンネル層1、磁
性層2、半導体1の順に構成され、前記磁性層1と前記
磁性層2が互いに異なる保持力を持ち、前記磁性層1を
エミッタ−、前記磁性層2をベ−ス、前記半導体1をコ
レクタ−とする磁気デバイス。
17. At least a magnetic layer 1, a tunnel layer 1, a magnetic layer 2, and a semiconductor 1 in this order. The magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 have different coercive forces, and the magnetic layer 1 is an emitter, A magnetic device having the magnetic layer 2 as a base and the semiconductor 1 as a collector.
【請求項18】少なくとも磁性層2と半導体の間に導電
層1が介在される請求項17記載の磁気デバイス。
18. The magnetic device according to claim 17, wherein the conductive layer 1 is interposed at least between the magnetic layer 2 and the semiconductor.
【請求項19】磁性層2が磁化回転が容易な自由磁性層
で、磁性層1が前記磁性層2よりも磁化回転が困難な固
定磁性層であり、前記固定磁性層が、高保持力磁性体、
積層フェリ磁性体あるいは反強磁性体と磁気的に結合し
た請求項17または18記載の磁気デバイス。
19. The magnetic layer 2 is a free magnetic layer whose magnetization rotation is easy, the magnetic layer 1 is a fixed magnetic layer whose magnetization rotation is more difficult than the magnetic layer 2, and the fixed magnetic layer has a high coercivity. body,
19. The magnetic device according to claim 17, wherein the magnetic device is magnetically coupled to a laminated ferrimagnetic material or an antiferromagnetic material.
【請求項20】トンネル層がAlの酸化物、窒化物または
酸窒化物である請求項1〜5、9〜14、17〜19の
いずれかに記載の磁気デバイス。
20. The magnetic device according to claim 1, wherein the tunnel layer is an oxide, nitride or oxynitride of Al.
【請求項21】少なくとも1つのトンネル層にかかるバ
イアスが300mV以上3V以下であることを特徴とする請求
項1〜5、9〜14、17〜19のいずれかに記載の磁
気デバイス。
21. The magnetic device according to claim 1, wherein a bias applied to at least one tunnel layer is not less than 300 mV and not more than 3 V.
【請求項22】トンネル層がAlの酸化物、窒化物または
酸窒化物である請求項6,7,8,15,16のいずれ
かに記載の磁気抵抗デバイス。
22. The magnetoresistive device according to claim 6, wherein the tunnel layer is an oxide, nitride or oxynitride of Al.
【請求項23】少なくとも1つのトンネル層にかかるバ
イアスが300mV以上3V以下であることを特徴とする請求
項6,7,8,15,16のいずれかに記載の磁気抵抗
デバイス。
23. The magnetoresistive device according to claim 6, wherein a bias applied to at least one tunnel layer is not less than 300 mV and not more than 3 V.
【請求項24】請求項6,7,8,15,16のいずれ
かに記載の磁気抵抗デバイスを使用することを特徴とす
る磁気メモリ−。
24. A magnetic memory using the magnetoresistive device according to any one of claims 6, 7, 8, 15, and 16.
【請求項25】請求項6,7,8,15,16のいずれ
かに記載の磁気抵抗デバイスを使用することを特徴とす
るメモリデバイス。
25. A memory device using the magnetoresistive device according to any one of claims 6, 7, 8, 15, and 16.
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